有限深度均匀流中圆柱桩群绕流对流速的影响

　　圆柱因其对水流的阻力比其他形式的桩柱小，因而在桩群码头工程和桥梁桥墩工程中得到了广泛的应用。 不同排列形式的圆柱桩群对水流流场的影响性质和程度不一， 这种影响难以用数值模拟加以研究， 而通过水槽试验来研究分析不失为很有效的研究方法。 为探索不同圆柱桩群对水流流速的影响性质和程度的差别， 及不同流速的均匀水流对圆柱桩群绕流反应程度的差别， 笔者特进行了大量组次的水槽试验。试验水槽宽 5 m， 长 30 m， 试验桩群置于水槽中轴线中心区域， 并依据有关文献[1-6]充分考虑水槽边壁的影响。 研究内容、 方法和结果如下。

　　1 被测桩群

　　被测桩群为6 种， 其编号及特征见表1， 这些桩群的选择具有鲜明的对比性。

注：横向阻水率=横排桩柱阻水面积和/桩群宽度；纵向桩柱密度=每列桩柱桩径和桩群长度。

　　2 测试组次

　　为能有效地进行对比， 同种桩群对不同流速均匀水流流速的影响情况、 不同桩群对同种均匀水流的流速影响程度的差别与联系， 特设定以下几组测试 (表2)。 测试试验过程中的水流流速的控制可以通过水槽改变水泵转速， 达到水槽试验区段断面平均水流流速的变化， 并事先通过率定各级流速， 整个试验过程可以通过电脑严格程序控制。

　　3 测试方法

　　测试过程中， 每个断面的表面流速横向分布同步测定。 为能详细了解桩群绕流周围水流流速的变化， 在桩群的前沿 0.5 m 处开始布置测流断面， 每0.25 m 一个测流断面， 一直到离桩群前沿15 m 处。横向每个断面左右侧各测量1 m 宽的范围， 每0.1 m一个测流点。

　　3.1 不同流速的水流受桩群影响比较测试

　　定义横向断面流速影响区段宽度与桩群宽度之比为桩群横向断面相对影响宽度 (无量纲量)用 B′/B 表示; 整个桩群影响区段的最大宽度与桩群宽度之比为最大桩群横向断面相对影响宽度(无量纲量) 用(B′/B)max定义纵向流速影响区段长度与桩群长度之比为桩群纵向相对影响长度(无量纲量) 用L′/L 表示。 测试结果分别见图1~5。

　　从图1 分析可得， 桩群绕流对于大流速 (即可认为大雷诺数) 的水流影响程度更大， 其绕流后相对流速都低于小流速 (即可认为小雷诺数) 情况， 流速恢复也较慢些， 流速影响区域更长。

　　从图2 分析得知， 流速越大 (即雷诺数越大)的水流受桩群绕流的影响越严重， 流速恢复越慢，影响区域越长。

　　从图3 分析得知， 水流流速越大， 桩群侧边附近流速紊动越剧烈， 流速影响越大， 流速恢复越慢。