【摘 要】
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在海洋工程中为避免海底洋流和航运对海底管道的破坏,水力射流式挖沟埋设海底管道得到了广泛应用,但是现阶段绝大部分的研究针对的是非黏性砂质海床,而有关在黏性海床上射流挖沟的研究资料比较匮乏。由于黏土的黏聚力作用,黏土中的射流挖沟难度高于砂土,这就需要对黏土中射流挖沟的机理进行研究。本文应用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对黏土海床上双射流挖沟进行数值模拟研究,采用VOF两相流模型对流体相和土体
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在海洋工程中为避免海底洋流和航运对海底管道的破坏,水力射流式挖沟埋设海底管道得到了广泛应用,但是现阶段绝大部分的研究针对的是非黏性砂质海床,而有关在黏性海床上射流挖沟的研究资料比较匮乏。由于黏土的黏聚力作用,黏土中的射流挖沟难度高于砂土,这就需要对黏土中射流挖沟的机理进行研究。本文应用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对黏土海床上双射流挖沟进行数值模拟研究,采用VOF两相流模型对流体相和土体相进行计算,文章中具体研究内容如下:基于黏土的流变特性,将正常固结黏土模拟为Herschel-Bulkley模型,经过对Fluent UDF的二次开发,实现了正常固结黏土不排水抗剪强度随土体深度呈线性变化。黏土中静止射流挖沟的研究,对静止射流连续挖沟过程进行模拟,分析对射流速度、喷距、喷嘴间距、喷嘴直径、土体强度和土体强度梯度影响射流挖沟的重要参数进行模拟。研究结果表明,双喷嘴静止射流作用下,射流挖沟深度在前2s内变化最为明显,随时间增大深度变化趋缓,射流对土体有效作用时间应控制在1-2s内;射流速度和土体强度对射流挖沟深度影响较大,射流速度越大或土体强度越小,射流挖沟深度越大;喷距和喷嘴间距对射流挖沟效果的影响相对较小,当喷距H/d＜2.5时,射流挖沟深度变化不再明显;随着双喷嘴间距的增大,沟槽宽度明显增大,但沟槽中心残余土楔高度增大;射流破土机理研究表明,当射流压力系数大于6.81时,射流才能在黏土中挖沟。黏土中移动射流挖沟的研究,采用Fluent动网格技术和用户自定义函数（UDF）实现喷嘴的单向运动,进行黏土中移动射流挖沟模拟分析,研究射流速度和喷嘴移动速度对移动射流挖沟的影响。研究结果表明,在稳定挖沟阶段的射流-土体界面呈弧线形状;射流速度越大,沟槽的深度越大,沟槽的宽度越大,射流-土体界面的弧度越大;喷嘴的移动速度越大,沟槽的深度越小,沟槽的宽度越小,射流-土体界面的弧度越小;随着喷嘴的运动,沟槽的深度和宽度都会逐渐达到稳定状态;射流的尾流流体逐渐大部分流向沟槽后方,继续对沟槽中间土楔起到冲蚀作用,逐渐降低土楔的高度;在沟槽深度达到稳定阶段时,喷嘴正下方的土体承载力系数Nbc=7.1,而距离喷嘴后方的位置越远,滞止压力越小,承载力系数越小,且表明滞止压力是沟槽深度变化的主要动力。
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