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近岸带海床起伏不平,波浪与管道轴线往往也并非正交,斜坡的存在及波浪传播方向的不同必然改变波浪对管道的三维冲刷特性,复杂的冲刷特性威胁着管道的安全运营。因此,深入研究近岸带斜向波浪作用下斜坡海床上海底管道的三维冲刷机理有着重要的科学价值和实际意义。 本文在波浪港池中采用中值粒径为0.219mm的原型沙铺设与波浪传播方向呈45°夹角的斜坡,斜坡坡度为1∶15。考虑不同波要素、不同波浪入射角、不同埋深时海底管道三维冲刷的变化情况,分析管道周围水动力特性、海床形态演变、三维冲刷发展过程和形状特性以及冲刷坑泥沙输移机制。 研究结果表明:首先,波浪斜向传至海岸时,管道周围水动力特性会有明显的三维特征,管道沿程水深相同时,波浪传播方向的左侧波高略大于波浪传播方向的右侧波高,管道的存在增大了左右侧波高的差异;管道沿程所处水深不同时,水深较小处管道周围流速较大,管道的存在使管后流速大大增加。其次,海床演变也会有明显的不同,管道前后没有形成前后连通的冲刷坑时,由于管道对波浪的反射,管前会同时出现平行于管道的大沙纹和与波浪传播方向正交的小沙纹。再者,管道的局部冲刷也会有明显的三维冲刷特性,管道与波浪传播方向正交时,由于斜坡的复杂性,导致管道沿程所处水深不同,此时管道的局部冲刷会出现显著的不均衡性,周期对冲刷不均衡性的影响很大;改变管道角度使其沿程水深一致时,局部冲刷仍然有微弱的不均衡性,但是波高和周期基本不影响不均衡性的程度;通过对冲刷过程的分析,发现不均衡性是在冲刷的快速发展阶段形成的;最后,冲刷坑的输沙表现为非均匀输沙,管道周围床沙粗化程度最高的地方并不在管道的正下方,而在管道的后下方;周期增加,冲刷坑床沙粗化程度增大。