长江中下游航道整治护滩带损毁机理分析及应对措施

护滩带是长江中下游航道整治工程中的主要护滩结构型式,在工程应用中,常出现塌陷、悬挂、架空和鼓包等破坏,减弱了护滩效果.通过对护滩带损毁过程的试验观测、损毁影响因素分析、护滩带块体间脉动力及受力分析,研究了护滩带常见的边缘塌陷、悬挂、排体中部鼓包或塌陷等破坏类型的损毁机理.结果表明:流速是护滩带破坏的动力因素,局部冲刷坑的形成与发展是护滩带破坏的诱发原因,编织布、系结条及接缝部位的抗拉强度不够是护滩带破坏的直接原因.并提出在护滩带边缘抛四面六边透水框架、增大排体自身的抗拉强度、选择合理的平面布置型式等应对措施,研究成果对护滩建筑物设计具有一定参考价值.     

不同流量条件下河道边滩最大冲淤特征研究

边滩上游来水来沙量的大小及其过程,对边滩的演变有较大影响。为了研究边滩的水流特征和冲淤演变规律,通过边滩冲刷模拟试验,对不同流量条件下河道边滩的最大冲淤特征进行研究。结果表明：(1)在边滩1条件下,当距水面距离相同时,水流流量越大,冲刷深度越深。当流量大于100L/s,距水面距离大于20cm时,滩体下游断面的冲刷深度大于滩体上游断面和滩体中心断面;(2)在边滩2条件下,当流量为100L/s时,随着距水面距离的增大,滩体上游断面的冲刷深度最大;(3)在流量相同条件下,当距水面距离相同时,临水面坡度越大,冲刷深度越大。研究结果可为河滩冲淤变化规律分析提供参考。     

圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究

为进一步探索圆柱桥墩局部冲刷机理,分别从桥墩附近水流流速分布特性、桥墩冲刷特性以及冲刷与流速相互关系对圆柱桥墩顺水流向不同布置方式的局部冲刷水力学特征进行了模型试验研究.结果表明:两排10桥墩顺水流(桥墩轴向与水流方向夹角分别为90°,60°,30°,0°)均匀布置时,桥墩轴向与流向夹角越小,流速在桥墩上下游紊动越小,对下游影响范围越大,且流速越大,冲刷深度和范围越大.顺水流布置0°夹角时,冲刷程度最小,在相同流量下,冲刷稳定历时最短;垂直布置(90°夹角)时,冲刷程度最严重,所需冲刷稳定历时最长,且随着流量的增大,桥墩墩前冲刷坑最深位置逐渐向水槽中间偏移.     

不同透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的试验研究

水力插板透水丁坝新型护岸结构的提出提高了新疆粉细沙河床上治河工程的防洪护岸效益。本文为了探讨透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的影响,利用动床模型水槽试验研究了水力插板透水丁坝缓流效果、局部冲刷及坝后最大淤积高度随透水率的变化规律,为透水率这个重要工程设计参数的合理选取提供理论依据。试验结果表明:水力插板透水丁坝坝后流速的减缓效果明显,且透水率对坝后流速的影响较小;坝头最大冲刷深度随着透水率的增大而变小;坝后最大淤积高度随透水率的增加先增加后减小;当透水率为30%左右时,水力插板透水丁坝的防冲促淤效果达到最佳。     

郑焦铁路黄河大桥桥墩局部冲刷试验研究

为了保证郑焦铁路黄河大桥桥梁基础安全,同时尽量避免桥梁基础因设计偏于安全而造成工程投资的增加,按单宽流量、河势以及桥墩防护的多种组合,开展了桥墩基础局部冲刷试验研究,分析了桥墩局部冲刷的水流现象、冲刷坑形态和冲刷深度。结果表明:局部冲刷最深点在承台下的桩群之间,略偏向桥轴线上游部位;墩后形成带状淤积体,淤积体随单宽流量的增大而增大。水流方向与桥轴线正交时,桥墩周围的局部冲刷坑形态基本沿桥墩轴线对称分布;水流方向与桥轴线法线存在夹角时,冲坑范围扩大、冲坑深度明显增深,桥墩两侧马蹄形旋涡不再对称分布。墩前抛石护底后,局部冲刷坑深度明显变浅。     

冲刷条件下D型软体排护底破坏机理研究

高滩守护护底主要采用D型软体排,由于水下边坡易受水流的强烈冲刷,使得护底排外缘发生变形,进而影响护岸的稳定性,需要深入研究其破坏过程与机理。采用有限元法,针对典型砂土均一结构的岸坡,假定冲刷坑深度从5~30 m变化,研究了冲刷坑形成过程中边坡的变形及边坡剪应力、塑性区的扩展趋势,阐明了冲刷条件下D型排护底破坏机理。结果表明,在冲刷坑形成过程中,D型排护底的初始破坏范围为底部10~20 m范围内的土体,该范围与冲刷坑形成的坡比及深度有关,该规律可为荆江河段高滩守护工程护底软体排长度的设计提供科学的依据。     

水力插板透水丁坝水流结构随透水率的变化规律研究

为了研究水力插板透水丁坝水流结构随透水率变化的规律,采用ANSYS FLUENT 15. 0,基于RNG k-ε湍流模型,对不同透水率下透水丁坝周围的流场进行三维数值模拟。结果表明,透水丁坝坝体前后压差随透水率的增大逐渐减小,上游坝根处压强最大,坝头下游侧附近压强最小,坝根和坝头部位易发生水毁。回流强度随着透水率的增大逐渐减弱。当透水率达到40%时,回流基本消失,坝后为一个缓流区。不同透水率下水槽同一横断面处流速分布规律相似。随着离丁坝侧河岸距离的增加可划分为流速缓慢增大区、流速迅速增大区和流速稳定区。随着透水率的增大,主流区流速逐渐减小,坝后作用区流速逐渐增大。研究成果能够为透水率这一重要工程设计参数的合理选取提供参考,实际应用中推荐透水率为30%。     

大桥复合桥墩局部冲刷深度的计算分析

桥墩的冲刷毁坏是桥梁失事的重要原因。为保证桥梁安全,需要准确评价桥墩冲刷深度。本文结合某跨海大桥,使用较为可靠的HEC-18公式对其复合桥墩的局部冲刷深度进行研究。计算结果表明,该大桥最大的可能局部冲刷深度发生在主桥主墩,复合桥墩中群桩部分造成的冲刷深度为桥墩冲刷的主要部分,且随流速增大,其在总冲刷深度中所占比例也增大,总冲刷深度对承台吃水深度变化不敏感。进一步分析表明,复合桥墩的冲刷深度随水流斜交角的变化规律与简单桥墩有较明显区别,关系更为复杂。     

扭双工字型透水框架防冲机理试验研究

透水框架因具有消能减速进而保护岸滩免受水流冲刷的功能,在河道治理、航道整治中得到广泛应用。最近提出了一种新型透水框架——扭双工字型透水框架,经动床试验表明具有显著的护滩效果,利用Vectrino三维流速仪在变坡水槽上精细测量了新型透水框架附近的水流结构。试验分析表明,扭双工字型透水框架抛投于床面后底层流速骤减(减速率达0.79~0.95)、表层流速增大、过渡层流速梯度加大,垂向流速不再服从对数分布;垂向最大紊动强度出现在框架群顶部附近,水流进入框架群后紊动强度逐渐加强,出框架群后达到极值,底表层紊动强度极值的位置发生偏离,表层位置较底层偏下游内侧;框架群内近底层水体能量大幅消减(消能率达0.93~0.99),下游水体能量恢复距离为38~56 m,利于滩面防护,而侧向边缘水体能量加强,易造成侧沿岸滩局部冲刷。研究成果对扭双工字型透水框架的设计、应用具有一定参考价值。     

透水丁坝收缩断面与冲深计算

透水丁坝是一种新型结构的丁坝,具有结构稳定,运行安全可靠,不用抢险防守等优点,目前在国内外实际工程中均有推广应用。针对透水丁坝设计中的挑角、透水率等主要影响因子进行了动床水槽试验,结果表明：① 透水丁坝坝后会形成流速减小区,对水流的阻碍作用较实体丁坝弱;② 坝后收缩断面至坝头的距离随挑角的增加而增大,随着透水率的增加而减小;③ 采用回归分析法得出了坝头最大冲刷深度的计算公式,具有一定的适用性。     

长江口河段柔性护滩结构周边河床冲刷形态分析

近年来软体排型式的柔性护滩结构在长江中下游水利工程及航道整治工程中得到广泛应用.此类工程实施后,其外缘通常会产生不同形态的冲刷坑.为研究总结分析此类问题,以长江口深水航道治理工程及其上延工程中的固定断面监测资料为基础,对长江中下游及河口地区软体排及其相关配套工程实施后,软体排外缘的实际冲刷情况进行了梳理.尝试根据引起局部冲刷的动力原因,将冲刷坑形态分为沿软体排冲刷槽、绕流冲刷坑和跌流冲刷坑,并具体分析了不同形态冲刷坑的特征及演变过程.     

非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性

阶梯形丁坝是常见的航道整治建筑物,天然河道中的水流多为非恒定流,非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性研究,对丁坝结构设计和水毁防护等具有重要意义.采用自回归马尔柯夫模型,将天然来流过程概化为波谷起冲和波峰起冲2种情况,基于平面二维水流泥沙数学模型,探讨非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性.结果表明:① 不同流量过程...     

裸露穿河管道在压重块保护下的冲刷特性

水流冲刷引起河床变形的不确定性对水下穿越管道的安全运行造成威胁.为了探究裸露穿河管道在压重块保护措施下的冲刷特性,通过水槽模型试验,研究压重块长度、压重块布置间距、水流流速、河道水深等因素对管道周围河床地形和冲刷深度的影响.试验结果表明:水下穿越管道在压重块保护措施下的冲刷过程可分为冲刷坑形成、压重块迎流侧悬空、管道迎...     

透水框架四面体防洪护岸试验研究

结合长江南京河段的水沙条件,采用试验模拟方法对透水框架四面体阻力特性和护岸抗冲特性进行研究。结果表明,采用透水框架四面体护岸后,不仅使护岸工程区抗冲流速增大,而且对于护岸工程区下游一定范围内也有较好的防冲护岸效果;在平顺河道的透水框架四面体护岸工程中,可采用间隔布置方式。     

冰盖下桥墩局部最大冲刷深度试验研究

冬季寒冷的北方河流易形成冰盖或冰塞,冰盖的存在对桥墩附近局部冲刷产生影响。在清水冲刷条件下,试验研究了有无冰盖条件下,不同流速和水深对桥墩附近局部冲刷的影响。研究结果表明：对比明流条件,冰盖的存在导致更大的近底流速和近底流速梯度,从而桥墩局部最大冲刷深度更大;其它条件相同的情况下,随流速的增大,桥墩局部最大冲刷深度增大;随着桥墩墩径增大,桥墩局部最大冲刷深度增加;水深增加时桥墩局部最大冲刷深度相对减小。根据试验数据,给出了有冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的计算公式,与国内外相关试验数据吻合较好。     

冰盖下桥墩局部冲刷随时间变化的试验研究

在寒冷地区,河道中冰盖的存在会改变河道流速分布。与明流条件相比,冰盖条件下水流最大流速点会向河床移动,加剧桥墩周围的局部冲刷。过度的局部冲刷会导致桥梁倒塌。基于水槽清水冲刷试验,对冰盖与明流条件下圆柱型桥墩局部冲刷随时间的变化进行了研究,试验结果表明：冰盖下桥墩局部冲刷速率大于明流。平衡冲刷深度比明流条件下的约大12%,且冲刷平衡所需时间比明流条件下的要约大10%。分析了水流强度与无量纲冲刷深度的关系以及冰盖与明流条件下冲刷深度变化速率的差异,给出了冰盖下局部冲刷深度随时间变化的经验方程,研究成果可供实际工程参考。