橋墩附近流場特性及新型防護(hù)技術(shù)實驗研究.pdf

1、橋墩局部沖刷問題一直為水利工作者所關(guān)注，盡管在過去的100多年里，橋墩周圍流場水力特性及防護(hù)工程、防護(hù)特性的研究已取得一些成果，但是局部沖刷理論還不是很完善，也還沒有任何一種被認(rèn)為是完全行之有效的橋墩局部沖刷防護(hù)措施。本文提出了一種新型防護(hù)技術(shù)(橋墩周圍四面體透水框架群拋投防護(hù)方法)，并采用室內(nèi)水槽實驗和基礎(chǔ)理論分析相結(jié)合，運(yùn)用現(xiàn)代量測技術(shù)，對橋墩周圍流場水力特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究，然后，對比分析了新型防護(hù)技術(shù)的具有好的防護(hù)作用和傳統(tǒng)防護(hù)措

2、施的不足的原因，獲得如下有價值的研究成果： 1．橋墩周圍流場特性研究 a．本論文研究認(rèn)為，橋墩對上、下游水流的影響范圍分別為3.21D和6.86D(D為橋墩寬度或直徑)；橋墩局部沖刷的起始位置不受水流特征因素的影響；且位于橋墩邊緣與水流方向約成±100°角處；引起橋墩周圍床面起始沖刷的是橋墩前緣附近側(cè)向壓力梯度驅(qū)使下的橋墩繞流，而不是下降水流和馬蹄形旋渦。 b．隨著沖刷過程的持續(xù)進(jìn)行，水流的紊動變得更加劇烈。而沖

3、刷坑深度的增加量會減小，直至平衡。得到橋墩局部沖刷防護(hù)工程應(yīng)該在沖刷開始之前實施的結(jié)論。 c．h<,0>/D主要影響橋墩周圍水流的沖刷能力。當(dāng)h<,0>/D減小時，逆時針方向旋轉(zhuǎn)的表面旋滾與順時針方向旋轉(zhuǎn)的馬蹄形旋渦的作用強(qiáng)度也減弱了；當(dāng)相對水深取4.0≥h<,0>/D≥3.0區(qū)間內(nèi)的某一值時，可以認(rèn)為沖刷坑深度不受水深的影響。 2．四面體透水框架群防護(hù)后橋墩周圍流場特性研究 a．研究認(rèn)為可以不考慮桿件的截面形狀

4、對防護(hù)效果的影響。框架的最優(yōu)布置形式應(yīng)為尖頭迎水，其內(nèi)部Z方向的逆向壓力會阻止床面泥沙在滲流壓力的驅(qū)使下從框架體桿件之間的空隙流失。 b．研究了透水框架群防護(hù)后橋墩周圍流場的特性、h<,0>/D和u/u<,c>對四面體透水框架群防護(hù)能力的影響，以及從四面體透水框架群對水流影響特性上了解到其防護(hù)機(jī)理。 3．四面體透水框架群破壞形式和防護(hù)參數(shù)研究 a．對四面體透水框架群拋投防護(hù)后影響局部沖刷坑深度的各種特征因素(行近

5、流速u、水深h<,0>、泥沙起動流速u<,c>、泥沙中值粒徑d<,50>橋墩寬度或直徑D、四面體透水框架群的桿件體積率η、框架群的相對放置高度y和框架群布設(shè)范圍c等)進(jìn)行了分析，提出了衡量四面體透水框架群拋投防護(hù)效果的抗沖系數(shù)T<,g>的定義。 b．對框架群的整體破壞形式和邊緣破壞形式進(jìn)行了定義。提出了錨固或串接四面體透水框架來遏制整體破壞的發(fā)生、增大四面體透水框架群的防護(hù)范圍減輕邊緣破壞程度的方法。首次發(fā)現(xiàn)了被淘底塌落后四面體