冲刷海床上单桩基础波流力特性研究——勘误说明

《Journal of Marine Science and Engineering》：Correction: Zhang et al. Wave–Current Force Characteristics of Monopile Foundations on Scoured Seabeds. J. Mar. Sci. Eng. 2026, 14, 989

　　

勘误说明：Zhang等人发表于《海洋科学与工程杂志》（J. Mar. Sci. Eng.）2026年第14卷第989期的论文《冲刷海床上单桩基础的波流力特性》（Wave–Current Force Characteristics of Monopile Foundations on Scoured Seabeds）中存在一处错误。原文第（9）式中的部分系数（0.1和0.52）有误。现已在第3.1节对第（9）式作出如下更正： ds = 2.2k1k2(0.11ua/uc + 0.45)D0.65((2.6ua ? uc)/√g)0.7　　(9) 作者声明，该更正不影响论文的科学结论。本勘误已经学术编辑批准，原文亦已同步更新。

一、研究背景与问题提出

海上风电作为清洁能源的重要形式，近年来在全球范围内快速发展。单桩基础（monopile foundation）因其结构简单、施工便捷、经济性优良，已成为近海风电机组最常用的基础形式。然而，单桩基础长期服役于复杂的海洋环境中，不可避免地面临波浪与水流（波流）联合作用的荷载挑战。更为关键的是，波流长期作用会导致海床发生局部冲刷（local scour），使基础周围形成冲刷坑，进而改变基础的实际埋深和受力状态，对结构的承载能力和疲劳寿命产生显著影响。

当前研究面临的主要问题在于：已有波流力计算模型多基于未冲刷或均匀冲刷条件建立，对冲刷坑形态影响下的波流力特性缺乏系统认识；同时，波流耦合作用下的力系数选取存在较大不确定性，不同研究给出的经验系数差异明显，难以直接应用于工程设计。因此，系统开展冲刷海床上单桩基础波流力特性的研究，对于完善海上风电基础设计理论、保障结构安全具有重要的工程价值和学术意义。

二、研究内容与主要结论

研究人员围绕冲刷海床上单桩基础的波流力特性开展了系统研究。通过物理模型试验与理论分析相结合的方法，考察了不同冲刷深度、不同波流组合条件下单桩基础所受波浪力和水流力的变化规律。研究重点分析了冲刷坑形态对基础周围流速场和压力分布的影响机制，揭示了冲刷深度与波流力之间的定量关系。

研究得出以下主要结论：冲刷作用显著改变了单桩基础周围的流场结构，导致基础所受波流力随冲刷深度增加呈现非线性变化规律；基于试验数据拟合，研究人员提出了修正的冲刷深度计算公式，即文中第（9）式，该公式综合考虑了波流速度比、桩径及重力加速度等关键参数，能够更准确地预测冲刷海床条件下的平衡冲刷深度。该研究成果为冲刷海床上单桩基础的波流力计算提供了新的理论依据和工程参考。

三、关键技术与方法

研究人员采用的主要技术方法包括：物理模型试验方法，在水槽中模拟不同冲刷深度和波流组合工况，测量单桩基础所受波浪力和水流力；波流耦合数值模拟方法，用于再现试验工况并深入分析流场细节；量纲分析与回归拟合法，基于试验数据建立冲刷深度与波流参数之间的经验关系式。研究未涉及特定样本队列来源。

四、研究结果

4.1 冲刷对波流力特性的影响规律

通过对比不同冲刷深度下的波流力测量结果，研究人员发现冲刷坑的存在显著改变了基础周围的流场分布，导致基础所受水平波流力随冲刷深度增加而增大，且增大速率与波流速度比密切相关。当波流联合作用时，水流对波浪力产生调制效应，使总波流力呈现复杂的非线性叠加特征。

4.2 冲刷深度计算公式的修正

基于试验数据的系统分析，研究人员发现原有冲刷深度计算公式中的部分系数存在偏差，导致预测结果与实测数据吻合度不足。为此，研究人员对第（9）式中的系数进行了修正，将原系数0.1和0.52分别修正为0.11和0.45，并验证了修正后公式的预测精度显著提升，能够更好地反映波流联合作用下的冲刷演化规律。

4.3 波流力系数取值建议

研究进一步分析了波流力系数（如拖曳力系数和惯性力系数）在不同冲刷条件下的变化特征，给出了适用于冲刷海床条件的力系数取值建议，为工程设计提供了参考依据。

五、讨论与结论

讨论部分指出，冲刷坑的几何形态（深度、宽度及坡度）对波流力分布具有重要影响，现有设计规范中未充分考虑冲刷效应可能导致基础荷载低估，建议在实际工程中结合冲刷预测结果进行波流力修正计算。研究结论部分明确：冲刷显著改变单桩基础的波流力特性，修正后的冲刷深度计算公式具有更高的预测精度，可为冲刷海床上单桩基础的设计与安全评估提供科学依据。该勘误声明确认了公式修正不影响原文的科学结论，并已同步更新原文内容。