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摘要
局部冲刷是威胁桥梁安全运营的潜在危险，相比于江河涉水桥梁，跨海桥梁下部结构受海流和潮涌等作用，基础冲刷动态演变复杂，影响变量众多且与冲刷深度之间具有较强的非线性。传统的冲刷深度预测经验模型大多基于物理试验并通过简单的回归方法建立关键参数与局部冲刷深度的映射关系，在实际跨海桥梁应用过程中存在严重的局限性和较大的预测误差。针对上述问题开展了系统分析及研究。首先，考虑跨海桥梁实际尺度，基于单因素控制变量法对比分析了中美规范局部冲刷计算公式中行进流速、水深、墩宽、泥沙粒径等关键参数对计算结果的影响，分析不同参数特征并通过参数降维构建了高径比、水流强度与弗劳德数等3个量纲一的参数；其次，提出了一种非浸入式、动态全过程的试验测试新方法，实现了冲刷过程中墩周地形动态演变实时监测；再次，基于跨海大桥圆柱墩实际物理参数及水文条件开展了15组缩尺物理模型试验，结合提出的测试新方法，揭示了不同冲刷工况下量纲一的参数对圆柱墩局部冲刷深度及范围动态演变的影响；最后，建立了由73组跨海实桥监测数据及多组试验数据组成的冲刷数据样本库，并分别构建了基于提出的量纲一的参数和基于高维参数的随机森林冲刷预测模型，将预测结果与HEC-18经验模型计算结果进行对比，结果表明：基于量纲一的参数的随机森林预测模型具有最优的性能。所提出的试验方法及冲深预测模型可为跨海大桥局部冲刷机理及预测研究提供参考。
