汪求順，康海貴，孫英偉，莫仁杰

(大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116024)

在波流作用下，海底管道附近泥沙極易發(fā)生侵蝕，致使管道底部掏空從而處于懸空狀態(tài)。懸空的管道在渦激振動(dòng)和自重作用下容易發(fā)生斷裂，造成油氣泄漏等安全事故并引發(fā)海洋環(huán)境污染。因此，海底管道局部沖刷問(wèn)題一直受到了很多人員的關(guān)注，近來(lái)學(xué)者對(duì)海底管道在穩(wěn)定流中的沖刷進(jìn)行了試驗(yàn)研究［1］和數(shù)值模型分析［2］。在近岸海域中海底管道受到以波浪為主的作用，對(duì)于波浪作用下的管道沖刷也得到了試驗(yàn)研究［3］，同時(shí)有學(xué)者對(duì)波浪引起的管道沖刷深度進(jìn)行了預(yù)測(cè)［4］。

海底管道的沖刷防護(hù)是海底管道研究的熱點(diǎn)之一，有學(xué)者對(duì)帶有柔性阻流器的管道沖刷防護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)研究［5］。對(duì)位于黃河入?？跒┖＝唤绲貛У嫩魨u油田，水下支撐樁和仿生水草防護(hù)技術(shù)在管道懸空治理上得到應(yīng)用［6-7］。然而，水下支撐樁控制長(zhǎng)度有限，仿生水草雖然能有效促淤，但防護(hù)范圍較小、造價(jià)昂貴，不適用于治理大面積海底管道的沖刷?；炷谅?lián)鎖排在保灘護(hù)底工程中具有整體性好、適應(yīng)床面變形能力強(qiáng)、易于機(jī)械化施工等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)江口工程中得到成功應(yīng)用［8］。為研究混凝土聯(lián)鎖排在粉沙海床管道的防護(hù)效果，考慮到波浪和水流的共同作用，需研究在粉沙海床中該防護(hù)的有效性。國(guó)內(nèi)外對(duì)于粉沙質(zhì)海床泥沙運(yùn)動(dòng)研究成果較少，學(xué)者們主要針對(duì)粉沙在波流作用下運(yùn)動(dòng)和含沙量進(jìn)行研究［9-10］。因此，對(duì)于海底管道在粉沙海床的沖刷及聯(lián)鎖排對(duì)管道防護(hù)下引起周?chē)４驳臎_刷深度對(duì)防護(hù)穩(wěn)定性的影響研究就顯得必要。同時(shí)，海底管道常受到波浪和海流的影響，有學(xué)者對(duì)波流作用下管道的泥沙起動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模型研究［11］。但是，波流作用下海底管道局部沖刷是波流、管道和海床之間復(fù)雜的耦合作用問(wèn)題，特別是對(duì)于粉沙海床，其泥沙特性更為復(fù)雜，因此，對(duì)于近岸海底管道受到波流的作用，開(kāi)展海底管道在粉沙海床聯(lián)鎖排防護(hù)下的應(yīng)用研究非常必要。因物理模型試驗(yàn)是探索機(jī)理的最可靠研究手段，本研究將通過(guò)物理模型試驗(yàn)，研究波流作用下海底管道在粉沙海床中的局部沖刷和聯(lián)鎖排防護(hù)下周?chē)４驳臎_刷變化，對(duì)具有初始嵌入深度的管道在粉沙海床發(fā)生局部沖刷的物理過(guò)程進(jìn)行分析，并分析在不同水深中聯(lián)鎖排防護(hù)效果和穩(wěn)定性。

1 模型試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)建立

試驗(yàn)在大連理工大學(xué)港口與近海工程研究所波流渾水槽中進(jìn)行。水槽尺寸為50 m×1 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×深)，水槽中的沙盤(pán)尺寸為3 m×l m×0.3 m(長(zhǎng)×寬×深)。管道的試驗(yàn)在該水槽沙盤(pán)中進(jìn)行，在盤(pán)內(nèi)填滿試驗(yàn)用的沙樣作為試驗(yàn)海床模型。

采用研究海域當(dāng)?shù)睾４驳奶烊辉头凵尺M(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)區(qū)域沙盤(pán)里面填滿原型粉沙后，加入一定深度的水淹沒(méi)沙盤(pán)中粉沙使沙樣固結(jié)1 天后，將由有機(jī)玻璃制成的海底管道模型安裝在水槽沙盤(pán)中，再靜置12小時(shí)，待沙樣恢復(fù)到正常床面狀態(tài)即完成海床的制備。

1.2 試驗(yàn)方法及條件

1.2.1 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)中波浪采用不規(guī)則波中的JONSWAP 譜，水流通過(guò)造流系統(tǒng)控制在預(yù)定值。在波流渾水槽中，考慮數(shù)據(jù)測(cè)量的需要，在波流作用1 小時(shí)后停止造波、造流，待水面穩(wěn)定之后，測(cè)量管道兩側(cè)的沖刷深度，然后繼續(xù)加載波流，每1 小時(shí)間歇一次(管道無(wú)防護(hù)時(shí)第30 分鐘后測(cè)量一次)。試驗(yàn)中還應(yīng)注意控制起始出流的速度，以減小起始水流對(duì)地形的沖刷影響。

沖刷深度的測(cè)量采用泥沙沖淤測(cè)量?jī)x，在管道軸線中點(diǎn)位置，沿垂直管道軸線方向布置測(cè)點(diǎn)，管道附近測(cè)點(diǎn)間距l(xiāng) cm。應(yīng)用泥沙沖淤測(cè)量?jī)x獲得測(cè)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，通過(guò)沖刷前后各測(cè)點(diǎn)的高程差值，即可得到試驗(yàn)前后的地形變化。當(dāng)前后兩次試驗(yàn)沖刷深度的測(cè)量值相差1 mm 時(shí)，認(rèn)為沖刷已達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)一組試驗(yàn)結(jié)束，緩慢放低水槽中的水，取出管道，并測(cè)量管道底部的沖刷深度。對(duì)同一工況進(jìn)行三組重復(fù)試驗(yàn)。

1.2.2 試驗(yàn)步驟

1)在試驗(yàn)區(qū)域沙盤(pán)里將原型粉沙填滿，靜置1 天，待沙樣自然密實(shí)后安放好模型再靜置12 小時(shí);

2)調(diào)整水深至試驗(yàn)水深，通過(guò)泥沙測(cè)量?jī)x對(duì)初始床面進(jìn)行測(cè)量;

3)將造波機(jī)和循環(huán)造流系統(tǒng)打開(kāi)，同時(shí)進(jìn)行造波、造流;

4)在波流作用1 小時(shí)后，停止波流設(shè)備，待水面穩(wěn)定后，測(cè)量管道兩側(cè)的沖刷深度;

5)重復(fù)第2)、3)、4)步，直到前后兩次測(cè)得的沖刷深度相差1 mm 即認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定沖刷深度;

6)一組試驗(yàn)結(jié)束后，緩慢放低水槽中的水，取出管道，并測(cè)量管道底部沖刷深度;

7)重新將沖刷區(qū)域用粉沙進(jìn)行補(bǔ)充填好，恢復(fù)初始床面狀態(tài)，并根據(jù)下一組的試驗(yàn)安置管道，靜置12小時(shí)后進(jìn)行下次試驗(yàn)。

1.2.3 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)參數(shù)根據(jù)研究海域當(dāng)?shù)厮钕碌淖钗ｋU(xiǎn)波流條件，其中波浪是根據(jù)研究海域水深下破碎前的極限波浪給出，流速是按最大海流給出。根據(jù)試驗(yàn)水槽的大小，以及造波、造流的能力，試驗(yàn)的模型幾何比尺設(shè)計(jì)為1∶10 和1∶15。按相似準(zhǔn)則確定設(shè)計(jì)比尺關(guān)系:

式中:λ為模型幾何比尺;λv為速度比尺;λh為水深比尺;λH為波高比尺;λT為波周期比尺。

因此，試驗(yàn)中的參數(shù)見(jiàn)表1 所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)Tab.1 The experimental parameters

為研究極限波浪和最大水流作用時(shí)混凝土聯(lián)鎖排對(duì)海底管道的防護(hù)效果和防護(hù)下床面的沖刷，在0.4 m水深海底管道無(wú)防護(hù)時(shí)的管道底部沖刷進(jìn)行研究，并分析不同水深下0.4、0.47、0.67 m 混凝土聯(lián)鎖排對(duì)海底管道防護(hù)的適用性。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 管道無(wú)防護(hù)

在0.4 m 水深管道無(wú)防護(hù)(初始埋深5 mm)波流作用下，由管道斷面沖刷歷程可知，在前1 小時(shí)內(nèi)，床面的沖刷深度較大。在第1 小時(shí)和第3 小時(shí)后，管道周?chē)匦螣o(wú)明顯的變化，管道底部沖刷深度變化在1 mm，認(rèn)為在試驗(yàn)3 小時(shí)后達(dá)到?jīng)_刷平衡狀態(tài)，管道底部最終穩(wěn)定后沖刷的平衡深度為2.1 cm。圖1 給出海底管道無(wú)防護(hù)時(shí)局部沖刷坑的發(fā)展變化，圖中原點(diǎn)左側(cè)為波流的來(lái)向。經(jīng)過(guò)3 小時(shí)沖刷穩(wěn)定后，管道中點(diǎn)處沿垂直管道軸線方向前后10 cm 范圍的沖刷斷面歷程如圖1 所示。

圖1 管道無(wú)防護(hù)時(shí)斷面沖刷歷程Fig.1 The scour process of the unprotected pipeline at the profile

通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程觀察可知，在管道無(wú)防護(hù)初始時(shí)刻，隨著大的波浪到達(dá)沙盤(pán)區(qū)域，波浪使床面的粉沙迅速進(jìn)入懸浮狀態(tài)，懸浮起來(lái)的泥沙隨著水流運(yùn)動(dòng);同時(shí)在管道兩側(cè)出現(xiàn)較濃的泥沙濃度層。在一些大波作用后，管道底部出現(xiàn)小的間隙，間隙周?chē)兄邼舛饶嗌?。隨著水體涌入間隙中，造成管道底部沖刷快速增大并向周?chē)鷶U(kuò)大。這類(lèi)似沙質(zhì)海床中管道兩側(cè)的壓力差引起的沖刷［12］，但管道下側(cè)的粉沙沒(méi)有像沙質(zhì)海床那樣在下游堆積，而是細(xì)小的泥沙顆粒從管道下游迅速起動(dòng)進(jìn)入懸浮狀態(tài)，隨著水流離開(kāi)。在管道和底床的間隙迅速擴(kuò)大下，管道下面的沖刷坑也變大。另外，粉沙床面管道上、下游沖刷強(qiáng)度均較大，沖刷深度基本相等。在第1 小時(shí)后管道下的水體流速變小，沖刷坑變化已不明顯但向兩側(cè)延伸，第3 小時(shí)后管道底部沖刷不再發(fā)生變化，此時(shí)認(rèn)為沖刷已經(jīng)穩(wěn)定，隨著侵蝕的粉沙減少，床面處于動(dòng)態(tài)平衡中。由管道無(wú)防護(hù)時(shí)床面沖刷試驗(yàn)過(guò)程可知，在極限波浪與最大水流作用3 小時(shí)后，管道底部形成了穩(wěn)定的沖刷坑，其最終的穩(wěn)定深度為2.1 cm。

因此，選用與管道無(wú)防護(hù)試驗(yàn)時(shí)相同的波流條件，對(duì)0.4 m 水深混凝土聯(lián)鎖排覆蓋下的海底管道防護(hù)效果和周?chē)裁鏇_刷進(jìn)行研究，并分析該防護(hù)下在水深為0.47 m、0.67 m 極限波浪與最大水流中的防護(hù)效果和周?chē)裁娴臎_刷，同時(shí)在各個(gè)水深中波流作用下觀測(cè)聯(lián)鎖排塊體的穩(wěn)定性。

2.2 聯(lián)鎖排塊體穩(wěn)定性

混凝土聯(lián)鎖排的邊緣排體在波浪拖曳力及上舉力共同作用下會(huì)發(fā)生滾動(dòng)失穩(wěn)，內(nèi)部排體在波浪上舉力作用下會(huì)發(fā)生漂浮失穩(wěn)。目前，國(guó)內(nèi)主要根據(jù)水利部規(guī)范公式(1)來(lái)確定混凝土聯(lián)鎖排在波浪作用下的穩(wěn)定厚度，而由張瑋等通過(guò)半經(jīng)驗(yàn)半理論公式得到混凝土聯(lián)鎖排穩(wěn)定厚度的簡(jiǎn)化公式(2)能減少穩(wěn)定厚度的設(shè)計(jì)，得出的結(jié)果偏于安全，但其中的參數(shù)需要試驗(yàn)確定［13］。試驗(yàn)中，對(duì)混凝土聯(lián)鎖排塊體設(shè)計(jì)后的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)的驗(yàn)證并對(duì)簡(jiǎn)化公式中的試驗(yàn)參數(shù)給出評(píng)估范圍。

式中:δm1為水利部規(guī)范公式的混凝土聯(lián)鎖排厚度(m);δm2為簡(jiǎn)化公式的混凝土聯(lián)鎖排厚度(m);γ為排體相對(duì)浮容重，γ=(γh－γ0)/γ0，γh為混凝土容重(kN/m3)，γ0為水容重(kN/m3);H 為波高(m);混凝土聯(lián)鎖排符合排體抗飄浮穩(wěn)定要求時(shí)壓重穩(wěn)定系數(shù)SN＜5.7;λ 為試驗(yàn)修正系數(shù)。計(jì)算中排體相對(duì)浮容重γ為1.35，臨界壓重穩(wěn)定系數(shù)SN取5.7。

在0.4 m 水深，波高H1/3為0.14 m 波浪條件下，試驗(yàn)中單個(gè)聯(lián)鎖排為4 cm×4 cm×3 cm(長(zhǎng)×寬×厚)，其厚度δ 為3 cm，由水利部規(guī)范公式(1)計(jì)算得到最小的聯(lián)鎖排厚度δm1為1.8 cm，該水深波浪條件下δ ＞min(δm1)，滿足穩(wěn)定性的要求。在該水深試驗(yàn)過(guò)程中，聯(lián)鎖排整個(gè)排面是穩(wěn)定的。從計(jì)算公式和試驗(yàn)過(guò)程中均滿足穩(wěn)定性的要求。在0.47 m、0.67 m 水深中波高H1/3為0.16 m、0.23 m 波浪條件下，兩種水深試驗(yàn)中單個(gè)聯(lián)鎖排均為2.67 cm×2.67 cm×2 cm，其厚度δ 為2 cm。在水深0.47 m、波高H1/3為0.16 m 波浪條件中，由水利部規(guī)范公式(1)計(jì)算得到最小的聯(lián)鎖排厚度δm1為2.1 cm;在水深0.67 m、波高H1/3為0.23 m 波浪條件中，由公式(1)計(jì)算得到最小的聯(lián)鎖排厚度δm1為3.0 cm;可以看出兩種水深中的聯(lián)鎖排厚度均為δ ＜min(δm1)，按規(guī)范不滿足穩(wěn)定性要求。但是，在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)厚度為2 cm 的聯(lián)鎖排進(jìn)行模型試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn):在0.47 m、0.67 m 水深極限波浪條件下，通過(guò)在3 小時(shí)中聯(lián)鎖排的排面觀察和斷面測(cè)量可知，觀察期間邊緣排體沒(méi)有發(fā)生滾動(dòng)失穩(wěn)，內(nèi)部排體也沒(méi)有發(fā)生漂浮失穩(wěn);測(cè)量期間該聯(lián)鎖排排面高程幾乎沒(méi)有變化，只在最上、下游排面塊體有因底部沖刷引起的下陷，試驗(yàn)過(guò)程中聯(lián)鎖排整個(gè)排面是穩(wěn)定的。而此時(shí)δ ＜min(δm1)，顯然該規(guī)范法計(jì)算得出的聯(lián)鎖排穩(wěn)定厚度偏大，而張瑋等通過(guò)簡(jiǎn)化的半經(jīng)驗(yàn)半理論公式能給出比規(guī)范小的聯(lián)鎖排穩(wěn)定厚度，為便于將來(lái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，根據(jù)本試驗(yàn)中聯(lián)鎖排穩(wěn)定厚度給出該簡(jiǎn)化公式中試驗(yàn)參數(shù)的修正范圍。

對(duì)于試驗(yàn)修正系數(shù)λ，在波高H1/3為0.16 m 時(shí)，λ≤0.4，滿足混凝土聯(lián)鎖排穩(wěn)定性要求;在波高H1/3為0.23 m 時(shí)，λ≤0.6，滿足聯(lián)鎖排穩(wěn)定性要求。

由上面分析可知，按簡(jiǎn)化公式設(shè)計(jì)出的聯(lián)鎖排厚度能滿足穩(wěn)定性的要求，小于規(guī)范公式推薦的厚度，結(jié)果偏于安全，有利于工程設(shè)計(jì)應(yīng)用。

為研究管道在聯(lián)鎖排防護(hù)下效果和聯(lián)鎖排鋪設(shè)引起的床面變化，對(duì)不同水深下周?chē)拇裁孢M(jìn)行量測(cè)。

2.3 聯(lián)鎖排防護(hù)下管道周?chē)鷽_刷

2.3.1 水深0.4 m 下防護(hù)效果

該水深條件下采用厚度為3 cm 的聯(lián)鎖排沿管道周?chē)?0 ～60 cm 范圍進(jìn)行鋪設(shè)研究。

圖2 給出在管道軸線中點(diǎn)(0 cm)初始地形以及3 小時(shí)波流作用后揭開(kāi)聯(lián)鎖排在管道前后70 cm 范圍內(nèi)床面沖刷變化。

通過(guò)聯(lián)鎖排防護(hù)下初始地形和3 小時(shí)波流作用后揭開(kāi)聯(lián)鎖排的床面變化可知，在距離管道－60 cm 和60 cm 即聯(lián)鎖排上、下游的排腳位置出現(xiàn)沖刷坑，上游排腳(－60 cm)的最大沖刷深度達(dá)到2 cm，下游排腳(60 cm)的最大沖刷深度達(dá)到1.1 cm，其余的聯(lián)鎖排覆蓋位置床面略有變化，主要因?yàn)榛炷谅?lián)鎖排自身重力對(duì)床面的粉沙密實(shí)作用而引起的自然沉降，此處床面幾乎沒(méi)明顯的沖刷。管道(0 cm)在聯(lián)鎖排防護(hù)下效果良好，管道周?chē)鷽](méi)有沖刷。

在聯(lián)鎖排防護(hù)的同時(shí)，工程中經(jīng)常使用具有一定強(qiáng)度和耐久性的土工織物作為護(hù)底結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用［8］，試驗(yàn)中在聯(lián)鎖排下面鋪設(shè)土工布，土工布長(zhǎng)寬為120 cm ×99 cm，為無(wú)紡?fù)凉げ迹饕且詼炀]短纖維為主，土工布鋪設(shè)區(qū)域和聯(lián)鎖排區(qū)域一致。在波流作用3 小時(shí)后，初始地形在揭開(kāi)聯(lián)鎖排和土工布的床面變化如圖3 所示。

圖2 初始地形在3 小時(shí)后揭開(kāi)聯(lián)鎖排的床面變化Fig.2 The bed change of the original topography with the protection of concrete bottom mattresses after 3 hours

圖3 聯(lián)鎖排和土工布防護(hù)下3 小時(shí)后床面變化Fig.3 The bed change with the protection of concrete bottom mattresses and geotextiles after 3 hours

通過(guò)聯(lián)鎖排和土工布防護(hù)下初始地形在波流作用3 小時(shí)后揭開(kāi)聯(lián)鎖排和土工布的床面變化可知，在距離管道－60 cm 即聯(lián)鎖排上游的排腳出現(xiàn)沖刷坑，該最大沖刷深度為1 cm;下游排腳(60 cm)的最大沖刷坑不是很明顯，沖刷深度為0.5 cm;其余的聯(lián)鎖排覆蓋位置因自身重力引起地形略有變化，但床面幾乎沒(méi)明顯的沖刷。管道(0 cm)在聯(lián)鎖排和土工布防護(hù)下周?chē)鷽](méi)有沖刷。在聯(lián)鎖排和土工布防護(hù)下，排腳位置最大的沖刷坑深度減小，更有利于聯(lián)鎖排整體的穩(wěn)定。

2.3.2 水深0.47 m 和0.67 m 下防護(hù)效果

對(duì)0.47 m 和0.67 m 這兩種水深條件下采用厚度為2 cm 的聯(lián)鎖排沿管道周?chē)?0 ～40 cm 范圍進(jìn)行鋪設(shè)研究。

圖4、圖5 分別給出在水深0.47 m、0.67 m 時(shí)初始地形在3 小時(shí)波流作用后揭開(kāi)聯(lián)鎖排的床面變化。

圖4 水深0.47 m 時(shí)3 小時(shí)后揭開(kāi)聯(lián)鎖排的床面變化Fig.4 The bed change with the protection of concrete bottom mattresses at the depth of 0.47 m after 3 hours

圖5 水深0.67 m 時(shí)3 小時(shí)后揭開(kāi)聯(lián)鎖排的床面變化Fig.5 The bed change with the protection of concrete bottom mattresses at the depth of 0.67 m after 3 hours

通過(guò)在0.47 m 和0.67 m 水深中聯(lián)鎖排防護(hù)下初始地形在3 小時(shí)波流作用后揭開(kāi)聯(lián)鎖排的床面變化可知，在距離管道－40 cm 和40 cm 即聯(lián)鎖排上、下游的排腳均出現(xiàn)沖刷坑，在0.47 m 水深時(shí)上游排腳(－40 cm)的最大沖刷深度達(dá)到1.1 cm，下游排腳(40 cm)的最大沖刷深度達(dá)到0.7 cm;水深0.67 m 時(shí)上游排腳最大沖刷深度為0.9 cm;下游排腳最大沖刷深度為0.6 cm。兩種水深下其余的聯(lián)鎖排覆蓋位置地形均略有變化，這些均主要由聯(lián)鎖排本身對(duì)粉沙海床密實(shí)作用引起的，床面沒(méi)明顯的沖刷。管道(0 cm)在聯(lián)鎖排防護(hù)下周?chē)鷽](méi)有沖刷。

聯(lián)鎖排上、下游的排腳沖刷主要由于聯(lián)鎖排塊體周?chē)姆凵吃跇O限波浪和最大水流作用時(shí)，細(xì)小的粉沙顆粒在排腳迅速起動(dòng)進(jìn)入懸浮狀態(tài)，隨著水流輸移。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間隨著侵蝕的泥沙減少，沖刷減弱，床面基本處于動(dòng)態(tài)平衡中。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)物理模型試驗(yàn)，研究了在水深0.4 m 時(shí)海底管道在粉沙床面波流作用下無(wú)防護(hù)時(shí)沖刷過(guò)程和不同的聯(lián)鎖排塊體在0.4、0.47、0.67 m 水深中極限波浪和最大水流下的穩(wěn)定性，并對(duì)混凝土聯(lián)鎖排對(duì)于海底管道的防護(hù)效果及其引起的粉沙床面的沖刷進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論:

1)根據(jù)水利部規(guī)范和半經(jīng)驗(yàn)半理論的簡(jiǎn)化公式對(duì)混凝土聯(lián)鎖排的穩(wěn)定厚度進(jìn)行分析，可以得出水利部規(guī)范公式得到的穩(wěn)定厚度偏大，通過(guò)試驗(yàn)修正系數(shù)按半經(jīng)驗(yàn)半理論的簡(jiǎn)化公式得出的聯(lián)鎖排厚度偏于安全也較經(jīng)濟(jì)。兩種聯(lián)鎖排塊體在0.4、0.47、0.67 m 水深波流條件下均是穩(wěn)定的。

2)在0.4 m 水深中極限波浪與最大水流下，管道無(wú)防護(hù)時(shí)3 小時(shí)后床面沖刷達(dá)到平衡狀態(tài)，沖刷的穩(wěn)定深度為管下2.1 cm;而在聯(lián)鎖排防護(hù)時(shí)經(jīng)波流作用3 小時(shí)后僅在聯(lián)鎖排的上、下游排腳出現(xiàn)沖刷坑，聯(lián)鎖排下的床面及管道周?chē)鷽](méi)明顯的沖刷。聯(lián)鎖排加土工布防護(hù)時(shí)，在聯(lián)鎖排的上、下游排腳沖刷深度比無(wú)土工布時(shí)減小，有利于聯(lián)鎖排的整體穩(wěn)定，管道得到很好的防護(hù)。

3)0.47 m 和0.67 m 水深條件下，聯(lián)鎖排防護(hù)時(shí)經(jīng)波流作用3 小時(shí)后床面均在聯(lián)鎖排的上、下游排腳出現(xiàn)沖刷坑，該沖刷坑不影響聯(lián)鎖排的整體穩(wěn)定，聯(lián)鎖排下的床面及管道周?chē)鷽](méi)明顯的沖刷。

從以上不同水深條件下聯(lián)鎖排的防護(hù)效果及穩(wěn)定性分析可以看出:混凝土聯(lián)鎖排對(duì)于粉沙質(zhì)海床上的管道有較好的防護(hù)效果;在試驗(yàn)中極限波浪與最大水流作用下，設(shè)計(jì)的混凝土聯(lián)鎖排厚度低于規(guī)范公式得出的聯(lián)鎖排塊體厚度仍具有良好的穩(wěn)定性。同時(shí)，試驗(yàn)中采用天然原型粉沙做海床試驗(yàn)，由于重力加速度相似［14］，可以呈現(xiàn)海床泥沙受力過(guò)程的相似。因此本試驗(yàn)研究對(duì)于聯(lián)鎖排在實(shí)際粉沙海床的應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

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