三峡水利枢纽溢流坝挑流基岩冲刷研究

 本文介绍了作者采用能量计算法,放大岩块模拟试验法,以及量测冲坑底部脉动压强来估测冲坑稳定等三种方法,通过综合论证,求得了三峡大坝下游岩基冲刷极限深度值。结果表明:前两种方法所得各典型水位下的冲深值能相互验证,第三种方法能佐证第二种方法,因而说明所得的极限冲深值有较高的可信度。此外,本文在岩基冲刷问题研究方法上也具有较高的学术价值。     

白山水电站深孔水力学试验与原型泄流观测

本文对白山水电站深孔的水力学试验(模型比尺1∶50及1∶100)与原型泄流观测成果进行了对比分析。结果认为,在泄流能力和水流流态方面,模型与原型之间有较好的相似性;按常用公式T=Kq~(0.5)Z~(0.25)估算挑流冲刷坑水深T时,对于具有扩散特性的三元水流,必须以挑流水舌入水单宽流量代入式中的q(Z为上下游水位差),则按原型实测冲深算得的冲刷系数K值才符合冲坑部位岩基实际情况,再以此验算模型试验所得冲深才基本一致;在影响挑流水舌雾化范围与降雨强度的诸因素中,泄流量是最主要的影响因素。     

岩基挑流冲刷原型观测与模型试验比较分析

 通过将若干已建成工程鼻坎挑流岩基冲刷的原型观测资料与模型试验成果作对比分析，探讨了冲刷深度、水舌抛距、冲坑形状及堆丘等方面原、模型之间的相似程度及缩尺效应。提出了关于岩基冲刷的试验方法及计算冲刷深度的经验公式。     

岩基挑流冲刷原型观测与模型试验比较分析

通过将若干已建工程鼻坎挑流岩基冲刷的原型观测资料与模型试验成果作对比分析，探讨了冲刷深度、水舌抛距、冲坑形状及堆丘等方面原、模型之间的相似程度及缩尺效应。提出了关于岩基冲刷的试验方法及计算冲刷深度的经验公式。     

高坝挑流消能述评

本文针对影响挑流消能工设计选型的几个问题进行评述分析。指出：冲击射流的脉动作用是岩基局部冲刷破坏的主要因素；现有冲深估算公式均具有一定的局限性；挑坎体型优化的目标在于提高射流在空中的消能率，减小和分散入水冲击能量，改善水垫消能的作用，从而减轻射流对下游的冲刷，确保泄洪安全，并注意顾及池洪雾化的不利影响。     

闸坝泄流局部冲刷问题(一)——闸坝工程的水力破坏

为了系统了解闸坝工程局部冲刷的机理及其防护措施,本刊从本期始陆继刊载毛昶熙同志闸坝泄流局部冲刷问题的文章。内容包括。闸坝工程的水力破坏、局部冲刷机理与冲刷公式、局部冲刷与消能扩散的关系局部冲刷公式推广与粘土冲刷、挑流与自由跌流的岩基冲刷以及闸坝下游防冲措施等。     

潮流作用下桥墩局部冲刷研究

为明确潮流与恒定流条件下桥墩局部冲刷深度的关系,通过长时间序列潮流作用下桥墩的局部冲刷试验,观测不同特征参数的潮流条件下桥墩局部冲刷最深点的发展趋势,分析往复流造成的冲刷坑内泥沙反复冲淤对冲刷坑发展过程的影响,涨落潮最大流速和历时决定了冲坑的发展的速率和达到最大冲深的可能性,在潮流速度值较大或历时占优的情况下,将取得与恒定流一致的局部最大冲深。     

南京长江三桥桥墩基础的局部冲刷

长江水道内的大型桥墩周围易形成明显的局部冲刷而影响桥梁的稳定。通过正态冲刷模型，采用系列模型延伸法，研究南京三桥主桥桩套箱结构墩基的最大冲深、冲深区域及其形态。在特征水文年情况下主桥墩基的最大冲深均大于15m，最大冲深发生在迎水套箱底下的前部桩间。冲刷角为100时，南主墩处局部最大冲刷增大约13．7％。有交角情况下，最大冲深位置移至略大于迎水角的墩前下方，冲刷形态由正交时的较对称变成偏向一边的不规则形，但冲刷范围与正交时的冲深范围接近。试验预报冲深在原型实测地形中得到了较好的印证。     

三峡水库蓄水初期关洲分汊河段的冲淤调整特性分析

关洲分汊河段位于长江中游,其水流动力轴线年内随流量的变化在两汊间交替,为典型的年内交替型分汊河段。本文依据实测资料,分析了三峡工程蓄水运用初期关洲河段的冲淤调整情况,并着重对比分析了左右两汊冲淤调整进程的差异。研究发现,蓄水后关洲河段年际间有冲有淤,但以冲刷为主;冲淤主要表现为深泓下切及枯水河槽的冲淤调整;左右两汊冲刷进程不同,左汊为洪水期主汊,河床冲刷幅度较大,深泓平均高程连年递减,过水面积呈增大趋势,而右汊为枯水期主汊,其河床冲刷发展则相对缓慢,深泓高程变化较小。     

三峡工程泄洪坝段下游动床冲刷形态演变过程研究

为验证模型试验坝下动床冲刷坑形态与原型之间的差异,探讨下游冲刷演变过程,用散粒料模拟冲刷岩基,选取3组典型工况复演三峡枢纽蓄水以来泄洪坝段下游冲刷情况。研究表明不同阶段的典型试验工况与相对应条件的原型实测地形整体形态基本相似,说明冲坑形态演变与岩基地质特性有关。     

NEURAL NETWORK MODELING FOR ESTIMATION OF SCOUR DEPTH AROUND BRIDGE PIERS

It is essential to predict the scour depth around bridge piers for hydraulic engineers involved in the economical design of bridge pier foundation. Conventional investigations have long been of the opinion that empirical scour prediction equations based on laboratory data over predict scour depths. In this article, the Back-Propagation Neural Network (BPN) was applied to predict the scour depth in order to overcome the problem of exclusive and the nonlinear relationships. The observations obtained from thirteen states in USA was verified by the present model. From the comparison with conventional experimental methods, it can be found that the scour depth around bridge piers can be efficiently predicted using the BPN.     

Testing and improving predictions of scour and fill depths in a northern California coastal stream

Seasonal scour and fill from bankfull flows were measured in Freshwater Creek, a gravel‐bed coastal stream of northern California, to test a previously developed approach predicting the reach‐average and distribution of scour or fill depths based on Shields stress and the exponential function. Predictions of reach‐average scour and fill depths were within 4–60% of measured depths. Three of the four predicted distributions of scour and fill depths were statistically different (p < 0.05) from measured distributions. Differences between predicted and measured values were likely due to scour and fill patterns in Freshwater Creek that were influenced by sediment supply and location within the channel network, channel form roughness, and possibly multiple peak flows. Consequently, the predictive approach may be better suited for individual peak flows on straight reaches that are in equilibrium between sediment supply and transport, and with form roughness similar to the creeks where the approach was developed. Improved predictions of scour and fill are possible with adjustments for aggrading reaches and form roughness. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

挑流冲坑紊流场的二维数值模拟

利用代数应力模型对淹没冲击射流作用下的冲刷坑内紊流场结构进行了二维数值模拟。计算中采用贴体正交网格变换处理不规则的冲坑几何边界，用VOF方法处理自由水面条件对水流结构的影响。结果分析表明，采用的数值方法可行，计算结果合理，在此基础上，可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程。     

阿尔塔什水利枢纽水垫塘消能方式选择

以新疆阿尔塔什水利枢纽泄洪建筑物为研究对象,通过1∶50水工模型试验比选消能方式,对比研究了采用平底板水垫塘方案下的塘内水动力特性和采用护坡不护底方案下的水垫塘冲刷形态。通过脉动压力与上举力的分布,推测了水垫塘的可能破坏范围;通过流态分析和冲刷分析,对挑坎体型进行了优化。不同型式挑坎对水垫塘的冲刷影响的比较分析表明,优化后的挑坎能够起到调整水舌和冲坑形态、减少坡脚冲刷的作用,经优化后该工程水垫塘采用护坡不护底的方案是可行的,并可供类似工程参考。     

高坝挑流冲坑流场的数值模拟

本文采用正交变换下的有限体积法，选取标准Ｋ－ε紊流模型，对三峡溢流坝下游冲坑流场进行了二维数值模拟，得到了冲坑内部流速与夺强分布等资料。经与实测资料进行对比分析，结果较为满意。     

用岩块放大法模拟岩基冲刷的试验研究

 丹江口堰顶溢流坝下游河床,由于受基岩构造特性的影响,产生较大的冲刷。为了论证原型观 测成果,模型利用岩块放大法,采用4种不同粒径松散碎石的动床试验,对坝下游河床的冲刷, 进行了复演试验。试验表明:冲坑深度当模型动床碎石换算粒径比原型 冲坑冲出的块石粒径大,(约2.25倍)时,原型和模型能吻合,但冲刷坑的形状, 两者不尽相同。     

用岩块放大法模拟岩基冲刷的试验研究

丹江口堰顶溢流坝下游河床 ,由于受基岩构造特性的影响 ,产生较大的冲刷。为了论证原型观测成果 ,模型利用岩块放大法 ,采用 4种不同粒径松散碎石的动床试验 ,对坝下游河床的冲刷 ,进行了复演试验。试验表明 :冲坑深度当模型动床碎石换算粒径比原型冲坑冲出的块石粒径大 ,(约 2 .2 5倍 )时 ,原型和模型能吻合 ,但冲刷坑的形状 ,两者不尽相同     

波流作用的近岸圆柱局部床面侵蚀

波浪流对近岸浅水带床面作用强烈,该区域结构物局部床面侵蚀显著,潜存致灾威胁。用三维数值方法研究了瞬态孤立波作用下非黏性沙海床上的近岸圆柱体局部冲刷规律,分析了波浪流冲刷的3类主要影响要素,讨论了近岸地形条件影响下的波流冲刷深度。研究认为,表征浅水波流特征和柱体尺度的无量纲数Urp与KC数存在非独立关系,二者均能分别反映波流冲刷的主要规律;表示泥沙运动的力学参数Shields数在波流动床条件下仍对柱体局部冲刷有贡献;近岸地形通过床面坡度对波破碎的增强及堤岸挡墙对波浪的反射,都会影响到局部冲刷。     

Bridge pier scour under pressure flow conditions

The probability of pressurized flow conditions occurring in existing bridges is forecast to increase due to possible changes in extreme precipitation, storm surges, and flooding predicted under climate change scenarios. The presence of a pressure flow is generally associated with scouring processes in proximity to the bridge. Scouring can also occur around bridge piers, possibly causing infrastructure failure. Although there is a vast literature on bridge pier scour and pressure flow scour, only a few studies have investigated their combined effect. This study will provide a new overview of the main features of bridge pier scour under pressurized flow conditions, based on laboratory experiences. Special focus is placed on the analysis of the flow features under pressure and free surface conditions and to the temporal evolution of the scour. A comparison with existing literature data is also conducted. The results highlight the nonlinear nature of scour processes and the need to consider pressurized flow conditions during structural design, as the interaction between pressure flow and the bridge pier strongly influences scour features and leads to scour depths much greater than the sum of the individual scours created only by pressure flow or pier presence.     

在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究

本文以瞬变流模型为基础，在三峡溢流坝断面模型冲坑底部，详细地量测了不同尺寸岩块上的脉动上举力，获得脉动上举力的统计资料，验证了瞬变流理论的分析成果，为探讨基岩的冲刷机理和水垫塘内混凝土底板块的设计提供了科学依据。