孔隙率对环形阵列圆柱结构局部冲刷的影响

水下结构物局部冲刷是导致结构物在位失稳的主要因素之一.因此，针对局部冲刷的研究对水下结构物的设计、施工及安全服役具有重要的意义.目前，大部分研究工作主要集中在实体结构物的局部冲刷问题，如桥墩和海上风机基础等.在实际工程中，除了实体单桩结构外，由若干单元桩组成的群桩结构也得到了广泛的应用，例如，组合桩支撑的海工结构(海上平台、码头等)和海底结构等.结构的复杂性，尤其是群桩结构所形成的孔隙，使得在流体作用下的局部冲刷过程变得更加复杂.在以往的研究工作中，考虑孔隙率的群桩结构周围局部冲刷问题还没有得到广泛的关注.

二维基本流动的三维线性稳定性分析也称为BiGlobal型线性整体稳定性分析[8]. 假设q(x,y,z,t)=(v,p)T为三维不可压流场的速度场和压力场, 则三维流场可以分解为二维基本稳态流场,和三维正则模扰动之和, 形式如下

圆柱形结构在海洋工程中得到大量应用，针对其局部冲刷问题也有大量研究工作.由于圆柱结构的存在，导致其上游压力梯度发生改变，使得边界层与海床发生流动分离，同时在冲坑边缘形成绕圆柱边缘流向下游输运的马蹄形漩涡.在冲坑发展的过程中，马蹄涡变大并向冲坑内移动，马蹄涡将沙坑里的泥沙携带至下游，同时在圆柱后方脱落的尾涡联合作用下，泥沙向下游输运和堆积，形成远离结构的沙丘结构.但在群桩结构的冲刷中，由于单元桩之间的相互干涉，马蹄涡和尾涡的运动形式会发生变化，从而导致群桩结构的局部冲刷特性发生变化.例如，在双圆柱结构串联排列情况下，当两个圆柱间的圆心距小于3倍桩柱直径时，位于上游桩柱的尾涡会对下游桩柱的冲刷过程和平衡冲刷深度产生重要的影响.

近年来，许多学者围绕多圆柱结构的流动特性开展研究，孔隙率的概念被广泛使用.Nepf等围绕群桩的流动结构开展实验.另外，Castro等采用可视化手段针对群桩结构的尾流结构深入研究，发现在群桩结构中，由于水流在孔隙间的分散特性，将延迟卡门涡街的产生，延迟作用随着孔隙率的增加而逐渐变强.Nicolle等采用数值模拟方法研究了单向流作用下孔隙率对环形阵列群桩结构流动特性的影响作用.相关的结果表明，根据孔隙率的不同，群桩结构的尾迹可以分成3种形式：单个尾迹模式、稳定尾迹模式以及实体尾迹模式.文献[11]通过物理实验，研究了群桩排列方式、孔隙率及浸没比对冲刷深度的影响，并通过对实验数据的总结分析，提出了群桩结构局部冲刷平衡深度经验预测公式.同时，文献[11]将预测值与文献[12-14]的数据进行对比后，误差在20%以内.Yagci等在研究清水冲刷条件下群桩结构的冲刷特性的物理模型实验中，采用与文献[10]类似的孔隙率定义方式，结果表明，与相同横截面积的单个实心圆柱相比，群桩结构可以减少22%的冲刷深度.另外，文献[15]对比了4种相同孔隙率但不同迎流面积条件下的群桩局部冲刷深度变化情况.研究中不同的迎流面积通过改变来流攻角实现，其中，规则排列的群桩具有最小的迎流面积，交错排列的群桩具有最大的迎流面积.结果表明，具有较小迎流面积条件下的群桩局部冲刷深度最小，但与其他两种迎流面积条件下的群桩局部冲刷深度差距不明显, 迎流面积不是影响群桩局部冲刷的主控因素.

目前，国内外研究结合物理模型实验已经对矩形阵列群桩的冲刷深度建立了预测公式，但对环形群桩结构的局部冲刷研究多为定性分析，定量结果较少，相关的冲刷预报经验公式尚未建立.因此，本研究采用物理模型实验方法，对环形阵列群桩结构周围局部冲刷开展分析研究工作，重点研究群桩孔隙率对结构局部冲刷的影响作用.

式中：为底床切应力；为水体的密度；为拖曳力系数；为断面平均流速；为卡门系数，其值为04；粗糙高度=12；为水深.实验中，水深保持恒定，为0.5 m.通过式(2)可以计算得到，在本实验中，= 14，这表明实验在动床冲刷条件下开展.

1 实验设置

1.1 实验水槽设置

笔者依据实际工作经验及相关文献资料的记载，详细分析现阶段我国青少年实际阅读情况，而后提出全民阅读活动的产生背景，最终介绍全民阅读活动在培养青少年阅读兴趣的过程中发挥出的作用，希望能够让青少年逐渐养成一定阅读兴趣，将人才的作用充分发挥出来，最终在我国构建可持续发展型社会的过程中起到一定促进作用。

1.2 实验沙和流速设置

0055[1-exp(-0020)]

一是重点项目效益进一步发挥。老龙口水利枢纽工程、引嫩入白、哈达山、大安灌区已基本建设完成。中部城市引松供水输水隧洞工程全面开工。作为生态文明建设的标志性工程——吉林省西部地区河湖连通工程全力推进，编制了总体规划报告，完成了12个单项工程的初步设计，4个单项工程已启动实施，实现引蓄洪水3亿m3，恢复湿地面积500km2，回补区域内地下水水位1 m左右。

实验采用人工石英砂，泥沙的级配曲线如图2(b)所示，图中：为颗粒粒径；为通过此粒径的泥沙质量占总泥沙质量的比率.由图2(b)可知，中值粒径为0.378 mm，相对密度(石英砂密度与水密度的比值)为2.67，泥沙休止角为32°.文献[18-19]的相关研究结果表明，泥沙的相对粗糙度(圆柱直径与泥沙中值粒径的比值，即)是影响结构局部局部冲刷的一个重要参数当>50时，可以忽略对局部冲刷的影响作用在本研究的物理实验中，的取值为92.6，可以不考虑该参数对模型局部冲刷的影响.

物理实验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室非线性波浪水槽中开展，如图1所示.图中：为距结构中心的水平距离；为纵向距离.该水槽总长度为60 m，宽度为4 m，高度为2.5 m.实验段上游布置在距水槽前端15 m处，总长度为 20 m.在实验段的下游布置沙坑，沙坑的尺寸为 4.0 m×4.0 m×0.2 m (长×宽×深).为避免实验区沙的损失，在沙坑的上游设置了4.0 m×4.0 m×0.1 m (长×宽×深)的补沙段进行泥沙补给，两者共同作为模型段，即图1中段.同时，为减少物理实验所需要的时间，将两组模型并排放置在实验段，同时开展冲刷实验.并排实验模型的中心距为 2 m，每个模型的中心至水槽边缘为1 m.实验开始之前，对并排模型设置的合理性进行验证，相关的实验结果表明， 并排放置与单独放置条件下群桩的冲刷深度和冲刷时间尺度误差较小，最大误差为0.8%，这表明模型间的相互影响和水槽的边壁效应对实验结果的影响很小，均可忽略.

尽管退役复学高职生对高校生活有诸多的不适应，但是他们拥有较强的责任心、较强的工作实践能力。高职院校充分发挥退役复学高职生的优势和专长，让他们参与学校的学生管理工作、思想政治教育工作和军事助教工作，不仅能为他们更快更好地适应大学生活奠定基础，而且可以提升他们学习的自信心和工作能力，帮助他们拓展人际关系，重塑自信心，缓解心理压力。具体而言，退役复学高职生在参与教育管理工作中具有以下优势。

群桩模型由表面光滑的有机玻璃圆管构成.实验中，将不同数量的具有相同直径和相同高度(，为1.0 m)的有机玻璃管(后文简称为单元桩)沿同一外直径=20 cm排列形成群桩模型，相关的排列方式如图3所示，图中：为结构中圆柱的半径.不同的孔隙率通过布置不同数量的单元桩来实现，进而研究孔隙率对群桩结构局部冲刷的影响作用.在本研究中，孔隙率的定义为群桩结构中所有单元桩所占体积与=20 cm的实心圆柱结构体积的比值，即

③生态景观线。景观线建设中要突出生态人文特色，体现“人水和谐”理念。水是景观体系中极具吸引力和生命力的元素，清新宁静的水域空间、丰富多样的自然景观成为群众的休闲场所，构建堤防生态景观线已经成为河道治理的必然。从纵向的亲水开敞景观空间、横向水陆景观空间渗透通道、竖向景观空间层次效果三个方向入手，按“四季常青、三季有花”的要求，立体种植花草苗木，创造连续协调的景观通道，使区域文化和历史文脉在景观空间中得以体现和延续。

在进行群桩结构局部冲刷实验前，首先对流速沿水槽宽度方向的均匀性进行验证，以确保实验结果的准确性.流速的测量采用声学多普勒流速仪，布置在距离水槽左侧壁1、2、3 m处，采样频率为 25 Hz，采样时间长度为1 min.此外，针对上述3个断面，通过改变流速仪在水深方向的位置，获得流速沿水深的分布情况.通过对获得的流速时间历程进行分析，获得平均流速沿水槽横断面以及深度方向的分布规律，相关结果如图2(a)所示，图中：为距沙床平面的距离；为水平速度，代表测量点的平均流速.可以看出，流速沿水深的分布符合对数规律，深度平均流速为 0.37 m/s.此外，流速剖面沿水槽不同断面垂向分布的误差较小，相对误差为3.4%，满足实验中的流动条件要求.

(1)

=[(-1)]13

=

希尔兹数表示无量纲床底剪应力，当<时表示清水冲刷，反之为动床冲刷在本文中，希尔兹数同样采用文献[20]提出的方法进行计算：

(2)

式中：为无量纲的泥沙粒径；为重力加速度；为流体的运动学黏性系数，其值为10m/s.通过式(1)可以得出= 0.378 mm时对应的临界希尔兹数为0.034.

或许你并不清楚，我们常喝的加多宝、王老吉、六个核桃等饮料的纸袋，其实都是使用正博的机器所生产。事实上，正博制袋机的销售就是这样火爆，市场销售额在2017年“爆炸式”增长了36%。

= [ln()+1]

围绕环形群桩结构在单向流作用下的局部冲刷，针对以下2个问题开展研究工作：① 群桩结构特定位置处单元桩的冲刷深度；② 冲刷深度与孔隙率间的依赖关系及相关经验预报公式.

1.3 实验模型设置

表1为实验所用到的相关参数.在表1中，临界希尔兹数采用文献[20]提出的经验公式进行计算：

(3)

式中：为单元桩的数量.本实验中，=4、7、10、13、16、19.根据式(3)，实验中的取值范围为0.418～0.878.

2 实验结果与分析

2.1 实验结果

图4所示为不同孔隙率下群桩结构的局部冲刷深度随时间冲刷时间的变化关系.图4中的数据点为实验测量结果，不同的线表示通过文献[21]提出的冲刷深度经验预测公式获得的结果，该公式为

(4)

式中：为平衡冲刷深度，为拟合值；为拟合系数；为冲刷的时间尺度，是在=0时冲刷时间历程线的切线与平衡冲刷深度水平线交点所对应的时间，即冲刷深度达到平衡冲刷深度的66%时所需的时间.无量纲冲刷时间尺度参数通过文献[22]所提出的公式进行计算：

(5)

不同孔隙率下群桩冲刷实验结果见表2，表中：为沙丘最高高度；为沙丘最高点距群桩中心的距离.可以看出，随着孔隙率的减小，冲刷深度不断增大.

2.2 整体冲刷分析

图5所示为冲刷时间为6 h时不同孔隙率下的冲刷地形等值线图，图中：为该点的地形高度可以看出，当孔隙率较大时(>07)，冲刷主要发生在单元桩周围对于中等孔隙率(= 05～07)，出现整体冲刷趋势，但冲坑较不规则对于具有较小孔隙率的群桩结构(<05)，冲坑半径变化不大，冲刷趋于单桩周围冲刷，冲坑前缘呈规则圆弧，两侧出现向下游延伸的趋势.

图6(a)所示为不同孔隙率条件下群桩结构外缘(=20 cm)在特定点处的冲刷深度变化情况，图中：为该点与原点的连线与轴正向的夹角，A～F为选取的结构周围的特定点，具体定义如图6(b)所示.从图6(a)可以看出，当孔隙率较大时，最大冲刷深度均出现在单元桩最前方.随着孔隙的减小，最大冲刷深度渐渐从单元桩最前方趋向整体群桩结构的上游边缘，如图6中C、E点所示，与来流方向成±60°夹角.当孔隙率=0.418时，位于C、E点的单元桩的冲刷深度比位于D点的单元桩局部冲刷深度大6.5%左右.

图7所示为不同孔隙率下的冲刷坑沿方向的纵剖面.如图所示，冲刷深度随着孔隙率的减小而加深.图8(a)、8(b)和8(c)分别给出了群桩结构后方沙丘距模型中心距离、沙丘高度和冲刷深度随孔隙率的变化关系，并将冲刷深度的结果与文献[15]的结果进行了对比.文献[15]通过在3种不同的迎流面积下，对4种孔隙率(=0.44，0.68，0.80，0.86)条件下的群桩结构局部冲刷开展了研究工作.需要说明的是，文献[15]的实验是在清水条件下开展的(= 0.71).从图中可见，本实验所得冲刷深度随孔隙率的变化规律与文献[15]的实验结果一致，但在数值上存在一定差异.主要是由于文献[15]的研究是在清水冲刷情况下开展的.在文献[19]中，清水冲刷情况下的冲刷深度随水流强度(可等效为希尔兹参数)呈线性增长趋势，当速度超过阈值速度时，冲刷深度首先由于沉积物的输送而略微减小，然后再次增大到第2个峰值.因此，文献[15]在清水冲刷(= 0.71)情况下得到的冲刷深度比本实验(= 1.4)所得冲刷深度略大是合理的.

图8(d)为群桩结构冲刷时间尺度随孔隙率的变化.从图中可以看出，对于大孔隙率(>07)，保持在09左右对于中等孔隙率(=05 ～ 07)，的平均值约为335而对于小孔隙率(<05)，显著增加至889

2.3 局部冲刷分析

群桩结构除了整体冲刷外，单元桩周围的局部冲刷也非常重要，因为最大冲刷深度总是发生在单元桩边缘.马蹄涡、尾涡脱落及流线收缩是引起局部冲刷的主要影响因素.图9所示为群桩结构周围局部冲刷地形的放大图.可知，当孔隙率较大时(>0.7)，最明显的局部冲刷是在正前方单元桩和中间桩柱周围，这与单元桩周围局部流速的减小有关.当来流进入群桩后，由于孔隙结构的存在，会造成分流，使得群桩结构下游速度降低，引发速度缺陷现象，这会导致水流挟沙能力降低，并且流速幅值会从模型上游至模型下游逐渐减小.单元桩具体编号规则如图10所示.图11所示为不同编号单元桩的冲刷时间历程线.如图11(a)所示， 前方桩柱的冲刷深度比后方桩柱大.

随着孔隙率的进一步减小(=0.5～0.7)，单元桩的相互作用增强，单元桩周围的局部冲刷由马蹄涡和单元桩的相互作用共同控制.这一阶段为局部冲刷向整体冲刷的过渡阶段，如图10(b)、10(c)、10(d)所示，冲刷深度表现如下：对于外圈桩柱，两侧单元桩(侧桩I、侧桩 II)的冲刷深度大于前桩，趋于=20 cm实心桩周围的冲刷.但对于内圈桩柱，前桩冲刷深度仍大于两侧桩柱，与大孔隙群桩类似.

大福本来是个瘦弱的小子，但他要装出强壮的样子来。穿着膝盖带着兜兜的美式陆战服，把细小的眼睛瞪得贼大。他的老家在哪里，他已经说不清楚了，随着刚进城时的豪言壮语被岁月淹没。他很难用一个恰当的职业来确定自己的身份，因为世上没有他没干过的事情：建筑工人，送货员，收废品，导购，公司接待，销售，保安，打手，小偷，无赖，讨债……无不涉猎。胳膊上的纹身涂抹了又纹上，纹上又涂抹掉，几次折腾下来，平滑健硕的皮肤便留下了难看的疤痕。这竟成了他炫耀的资本！

对于小孔隙群桩(<0.5)，单元桩的相互作用是局部冲刷所要考虑的主要影响因素.在这一阶段，单元桩局部冲刷孔变得难以区分，合并形成一个单一的整体冲刷孔.因此，无论是位于外部还是内部的单元桩，侧向桩柱周围的冲刷深度总是比前桩周围的大，这意味着整个结构的冲刷进一步趋近于=20 cm 实心桩周围的冲刷，如图10(e)、10(f)所示.

2.4 冲刷深度分析

根据文献[11,14]对于矩形排列群桩结构提出的冲刷深度预测公式得到：

无论如何，随着村庄掌握一定的资源分配权，对村社权力规范使用的要求也随之而来。我们将在第五部分来讨论这个问题。

1.成人及青少年开始抗反转录病毒治疗的时机：一旦确诊HIV感染，无论CD4+T淋巴细胞水平高低，均建议立即开始治疗。出现下列情况者需加快启动治疗：妊娠、诊断为艾滋病、急性机会性感染、CD4+T淋巴细胞＜200个/μL、HIV相关肾脏疾病、急性期感染、合并活动性HBV或HCV感染。在开始HAART前，一定要取得患者的配合和同意，教育患者保持良好的服药依从性；如患者存在严重的机会性感染和既往慢性疾病急性发作期，应参考前述机会性感染控制病情稳定后开始治疗。启动HAART后，需终身治疗。

=(1-)

(6)

式中：和为拟合参数.

根据上述公式，将本实验获得的数据与Yagci等的数据采用式(6)进行拟合.拟合的结果如下：本实验中=137，= 067，相关系数=0987Yagci等的结果为=1625，=062，相关系数=0989从拟合的结果可以看出，本实验和Yagci等有关冲刷深度与孔隙率的变化规律均与式(6)的预报结果吻合较好，相关的结果如图12所示.从图中可以看出，群桩冲刷深度随孔隙率的减小而增大.需要说明的是，当=1时，表示沙床上未放置结构物，因此此时的局部冲刷深度为0.

3 结论

本研究分析了不同孔隙率下群桩结构周围的局部冲刷特性.并针对一些特殊位置单元桩，例如前桩、侧桩和中心桩的冲刷特点进行了分析.主要结论如下：

(1) 平衡冲刷深度随着孔隙率的减小而增加.此外，结构后方所形成沙丘的最高点与沙丘到模型中心的距离也随孔隙率的减小而增加.

六、语言载体有其犀利的锐性和阐释性以及爆发力，而澄清狐媚艳俗与阳春白雪也是当下重写的契机和当务之急。人类几经无数转折与文化对话，如何启示对当下雕塑语言和产出全新的思考才是正能量也是急在眉稍之事。

(2) 当>07时，桩柱的冲刷主要以单个圆柱的冲刷形态为主；当05<<07时，冲刷形态呈现从局部冲刷到整体冲刷的过渡状态；当<05时，模型中的桩柱的冲刷趋向于整体冲刷，表现为冲坑上游呈现圆弧形，两侧下沿存在向下延伸的冲坑.

(3) 群桩结构的冲刷深度随着孔隙率的减小而增大，冲刷深度近似为.