钱江通道段河床最大冲刷深度的综合分析

钱江通道位于钱塘江河口的强涌潮区域,在洪潮水动力作用下河床冲淤剧烈.极端水动力作用下河床的冲刷深度是过江隧道工程建设的关键技术问题之一.本文基于河床演变分析、动床数值模拟、动床物理模型试验、沉积物分析等手段进行研究.首先建立了钱江通道过江隧道河段洪、潮水流冲刷深度的预测模型,经钱塘江河口的实测地形、水流泥沙及河床冲淤等资料的验证.在此基础上预测了过江隧道断面在极端水动力作用下最大冲刷深度,并与沉积物分析方法进行比较,四种研究方法所得的结果定性定量基本合理,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供参考依据.     

南宁过江隧道河段极限冲刷深度预测

对邕江南宁段过江隧道工程附近水文特征及近期河道演变特点进行了分析。同时,利用河工模型试验预测了不利水文条件下隧址河段河床的最大冲深。成果表明,在不利水文条件下,邕江大桥附近特别是左岸受弯道水流影响,河床冲刷较为明显;在上游水库运行及人工采砂影响下,工程河段局部冲刷更为明显,邕江大桥附近洪水后河床最低点高程约为44．75m,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。     

南渡江过江隧道河段极限冲刷深度预测

南渡江是我国唯一的一条大型热带河流，其水文等自然条件与我国其他大型河流存在较大差异，河口更是经常受到风暴潮的影响。结合对南渡江海口段过江隧道工程附近水文特征及近期河道演变特点进行分析，利用河工模型试验手段，预测不利水文条件下隧址河段河床的最大冲刷深度。成果表明，工程段河床冲刷主要发生在现状主槽内及司马坡岛的两岸附近，河道等高线总体趋势表现为向两侧推进，主槽宽度加大；受司马坡岛分流、堤防硬边界以及紊乱水流的综合影响，断面最大冲刷深度向下游有增大趋势。预测的极限冲刷深度可为过江隧道的科学埋设提供依据。     

长江下游过江隧道河段最大冲深数值模拟

隧道工程所在位置河床的最大冲刷深度是过江隧道方案设计的关键参数之一,合理确定最大冲刷深度能为保证工程安全和减少投资提供重要设计依据。在分析近年来河道演变特点和前人所做研究的基础上,以长江下游仪征水道世业洲河段拟建过江隧道为例,分析工程河段的来水来沙特点,采用二维水流泥沙数学模型对不同水文年条件下河段河床最大冲刷深度进行了研究。在验证模型水流和泥沙冲淤相似的前提下,确定了动床模拟的不利水沙系列为2007—2010年+1998年+300年一遇洪水流量过程,并结合地质勘测资料对模拟结果进行了合理预测。最终确定过江隧道断面河床左汊最大冲深为10.85 m,右汊最大冲深为8.87 m,该结果对拟建过江隧道工程而言偏于安全。     

兴化湾悬沙输移机理分析

隧道工程所在位置河床的最大冲刷深度是过江隧道方案设计的关键参数之一,合理确定最大冲刷深度能为保证工程安全和减少投资提供重要设计依据。在分析近年来河道演变特点和前人所做研究的基础上,以长江下游仪征水道世业洲河段拟建过江隧道为例,分析工程河段的来水来沙特点,采用二维水流泥沙数学模型对不同水文年条件下河段河床最大冲刷深度进行了研究。在验证模型水流和泥沙冲淤相似的前提下,确定了动床模拟的不利水沙系列为2007—2010年+1998年+300年一遇洪水流量过程,并结合地质勘测资料对模拟结果进行了合理预测。最终确定过江隧道断面河床左汊最大冲深为10.85 m,右汊最大冲深为8.87 m,该结果对拟建过江隧道工程而言偏于安全。     

复合墩台局部冲刷试验研究

局部冲刷一直是冲积性河流中墩台失稳和水毁的主要原因,也一直是跨河工程可研与设计中需重点研究的问题。目前研究主要集中在单个墩台方面,对大型跨河工程复合墩台的局部冲刷研究较少。以长江苏通500kV过江电缆工程复合墩台为例,采用正态概化模型研究了复合墩台局部冲刷坑形态、范围及深度,阐明了局部冲刷的影响因素和规律。试验表明：大水深工况有利于复合墩台形成更大的局部冲刷坑,局部冲刷坑的相对长度、相对宽度和相对最大深度均与相对行近流速呈正相关关系。单墩比复合墩台相对冲刷深度要大,复合墩台相对最大冲刷深度与单墩相对最大冲刷深度的比值随相对行近流速增大而增大,范围在0.05～0.20。研究成果可为解决跨江大桥或电缆通道建设中的墩台局部冲刷问题提供参考。     

广佛过江隧道河段极限冲刷数值模拟

针对广佛过江隧道河段水流泥沙运动及河床冲淤变化,从平面二维非恒定水流运动方程、不平衡泥沙输移方程及河床变形方程出发,建立了二维动床数学模型。以隧址附近河道典型实测水流、泥沙及河床冲淤的实测资料对模型进行了验证。在此基础上开展了过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度的数值模拟,预测结果与动床物理模型及实测资料河床演变的成果基本一致,进一步表明了动床数学模型的可靠性,预测成果可为过江隧道的合理埋设提供参考依据。     

南京市拟建过江隧道河段河床极限冲刷深度研究

河道稳定性和可能的极限冲刷深度是影响工程建设的主要限制因素。以长江南京河段拟建过江隧道为研究对象,结合近年来的水沙运动特征变化和河道演变,通过河工模型试验预测了不同水文条件下的河床极限冲刷深度,并与数学模型计算结果进行比较与分析。结果表明:(1)数学模型与河工模型所得结果基本一致。(2)在不利水文条件下,河床普遍受冲刷。左侧主深槽流速较大,潜洲左缘发生崩退情况;右槽河床冲刷幅度较大,潜洲的不稳定加剧了对右槽河床的冲刷。研究结果可为在该河段进行过江隧道选址提供重要的参考依据。     

红谷隧道赣江段河床冲刷数值模拟

鉴于工程所属河段水流、河床变化的复杂性,采用平面二维水沙数值模型,对红谷隧道赣江段河床冲淤进行了模拟分析。计算分析各种流量工况下隧道线上下游流场分布和河床冲刷情况;针对最不利水文工况时的工程河段水文条件,开展隧道断面河床最大冲刷深度数值模拟研究,结果可为赣江红谷隧道河段工程设计提供参考。     

斜交塔基局部冲刷规律研究

塔基(桥墩)的局部冲刷问题是跨河工程规划、设计中需考虑的重要课题。受限于地形、地质、经济条件等因素,斜交塔基(桥墩)逐渐用于跨河工程中。然而,目前研究侧重正交塔基(桥墩)的局部冲刷问题,对斜交塔基局部冲刷规律研究较少,因此,以某斜交塔基工程为例,通过概化模型试验研究了斜交塔基的局部冲刷规律。研究结果表明:与正交塔基相比,斜交塔基偏向侧流速增幅大于塔基背向侧流速;冲刷坑最大冲刷深度较大,且最大冲刷位置位于塔基偏向侧;冲刷坑呈不对称的马蹄形,且塔基偏向侧冲刷范围大于背向侧;塔基防护后,以上趋势减弱。研究成果为解决跨江大桥或电缆通道建设中的斜交塔基局部冲刷问题提供了参考借鉴。     

Scour downstream of cross-vane structures

Cross-Vanes are hydraulic structures used to stabilize the riverbed and control the grade for river restoration. Scour downstream of Cross-Vane structures depends on the shape of the structure, the bed material and the river hydraulic conditions. This paper aims to predict the maximum scour depth and classify the scour morphology. Two series of experiments were carried out. In the first series, two types of structures, which are I-shape and U-shape structures have been studied in a horizontal channel. In the second series of experiments, riverbed slopes of 1%, 2.5% and 5% were tested. For each type of structure, three heights in different hydraulic conditions including densimetric Froude numbers and drop heights were tested. Results show, that the ratio between the length of the structure and the channel width is one of the most important non-dimensional parameter to classify the scour. New analytical functions have been derived from dimensional analysis to predict the maximum scour depth, the maximum length of the scour, location of the maximum scour depth and the maximum development of the scour width. All the experiments were conducted in clear water conditions. Based on dimensional analysis and using all collected data new equations have been obtained. Scour morphology downstream of Cross-Vane structure was classified in different scour patterns based on different flow hydraulic conditions, structures geometries and the ratio between the maximum length of the scour and the channel width.     

高含沙洪水冲刷规律的探讨

本文就低含沙洪水与高含沙洪水对河床的冲淤模式进行了描述，在对洪水冲刷河床的力学机理进行分析的基础上，初步建立了来水来沙与河床基本相互适应的条件下洪水冲刷深度与来水来沙的关系，并用黄河干支流资料进行了讨论与验证。该公式考虑因素简单，计算方便同时适用于低含沙与高含沙供水，可以用来估算洪水黄河干支流河床的冲刷情况。     

堤防溃决的流动分析及冲刷坑计算

以平面二维浅水方程和不平衡输沙理论作为建模基础 ,采用高分辨率有限元格式捕捉溃坝涌波的传播 ,建立了堤坝瞬间溃决后水流运动和河床冲刷的二维数学模型。计算了不同溃口宽度、不同流量和不同粒径土体组成条件下的堤坝瞬时溃决的水流演进和冲坑发展 ,为钢木土石组合坝的结构受力及稳定性分析提供水动力学条件。     

黏性非均匀沙的冲刷

黏性非均匀沙起动和冲刷研究对于河口海岸工程的设计和安全具有重要的意义.在作者从概率论和力学角度所提出的黏性非均匀沙起动摩阻流速公式的基础上,建立起黏性非均匀沙的起动流速和冲刷率公式.在钱塘江河口河床获取2个钻孔共28个岩芯,进行起动和冲刷水槽试验.起动流速公式计算值与沙样起动试验数据符合良好,表明该公式能较好反应黏性非均匀沙的起动现象.进而根据冲刷试验资料确定了冲刷率公式的指数和冲刷常数,发现未充分固结的淤泥冲刷率与相对剩余切应力的二次方成正比,而固结已久的淤泥冲刷率与相对剩余切应力呈线性关系,冲刷常数分别为(2～3.5)×10(-5)m/s和(1～2)×10(-6)m/s,两者差一个数量级.     

跨海桥梁基础冲刷特征研究

在我国近海海域,跨海桥梁基础冲刷是影响大桥安全的重要因素之一。基于金塘大桥2014、2015和2017年桥墩基础冲刷实测资料,并结合建桥前地形测验资料进行了案例分析,解析出了往复潮流条件下桥墩基础的一般冲刷及局部冲刷深度,金塘大桥中引桥桥墩一般冲刷深度为3.3~3.6 m,平均局部冲刷深度约8.3 m。往复潮流条件下桥墩基础局部冲刷坑受双向潮流影响向上下游延伸,形状呈椭圆形,各墩冲刷坑纵向长度与最大局部冲刷深度呈近似线性关系,长度约为局部冲刷深度的10~12倍,而各墩冲刷坑横向宽度则基本一致,约为桥墩基础宽度的4~5倍,与最大局部冲刷深度无明显相关性。跨海桥梁基础冲刷深度计算方法及冲刷坑形态特征的研究成果可供跨海大桥基础设计、运行维护及基础冲刷防护参考。     

渠道边坡的稳定计算分析

对无粘性土地基渠道的边坡稳定计算进行分析,提出在边坡稳定计算中的问题,以便更好地优化设计方案,提高渠道的灌溉保证率,并对粘性土边坡稳定分析计算提出需要重视的几点建议。     

冲坑水力学研究进展综述

结合国家“九五“科技攻关于题：小湾水电站水垫塘优化布置动床模型试验研究，对半个多世纪以来国内外河床冲刷的各种理论、冲刷机理、模拟冲刷的各种手段、冲坑水力学数学模型研究进展进行综述，提出冲坑水力学研究存在的问题和可能研究的课题．     

昌马水库泄空冲刷试验研究

采用比尺为 1∶ 50正态动床全沙模型模拟昌马水库每年 7月份泄空冲刷过程。选择水库运用过程中两个关键性的淤积高程 ,进行对水库排沙不利的丰水丰沙年和枯水丰沙年两个水文年 7月份水沙过程泄空冲刷试验。试验结果表明 :昌马水库采用每年 7月泄空冲刷运用方式 ,可以有效地排除库内淤积 ,延长水库使用期限 ;泄空冲刷初期排沙洞和下游河床有暂时性淤积发生 ,随着水库排沙率的降低 ,这种淤积将逐步消失 ;泄空冲刷过程结束后 ,下游河床不会发生淤积抬升。最后通过同已成类似水库的对比 ,从另一方面证明了昌马水库运用方式和试验的合理性