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.     

桥墩基础施工河床局部冲刷研究

天然河流中水流受到建筑物的阻碍时，产生紊动涡旋，局部河床泥沙在水流紊动剪应力作用下起动，并被涡旋流带向下游，建筑物局部河床因此受到侵蚀而下降，形成局部冲刷坑。跨河大桥桥墩的局部冲刷就是如此。桥墩及其基础与水深或河床的相对位置影响着局部冲刷深度的发展。本文通过室内试验研究了桥墩下部钢围堰基础施工的相对高程对河床局部冲刷最大深度的影响，探讨了工后钢围堰顶部处于相对水深的不同高度时局部冲刷发展的规律，并将这些影响因素用墩形系数法计入局部冲刷深度计算中，给出了计算公式。本文的研究对目前跨江及跨海大尺度桥墩基础工程施工具有指导意义。     

桥墩振动对其局部冲刷的影响

为了探究桥墩振动对其局部冲刷的影响,以圆柱型桥墩为例,开展了不同泥沙底床条件下的振动桥墩局部冲刷水槽试验。结果表明,在振动载荷下,对于中值粒径分别为14.42μm、31.75μm和85.92μm的细颗粒底床,当振动强度从0增大至3.72,最大冲刷深度和最大冲刷半径均随之增大;中值粒径为14.42μm的泥沙底床最大冲刷深度增幅最大达910%,且粒径越大,增幅越小。对于中值粒径为260μm的粗颗粒底床,当振动强度从0增至2.31,最大冲刷深度降低了37.50%,而最大冲刷半径增加了38.37%。因此,桥墩的振动对其局部冲刷有着重要影响,且对细颗粒底床和粗颗粒底床的影响不同。桥墩振动导致有黏性的细颗粒泥沙发生流变从而加剧了其局部冲刷;而无黏性的粗颗粒泥沙受到振动作用而加密,其局部冲刷削弱。提出了考虑桥墩振动的局部冲刷深度计算公式,其理论计算值与实测值相对误差在±20%的数据达87.5%,能够为涉水桥梁基础埋深的设计提供更合理的计算依据。     

砂质河床桥墩局部冲刷深度预测

桥墩局部冲刷深度的准确预测对跨河桥梁设计有重要的影响,是决定桥墩基础埋置深度的关键因素。该文基于桥墩局部冲刷机理分析及能量平衡理论,建立了适用于砂质河床窄墩深流型、过渡型和宽墩浅流型流场的局部冲刷平衡深度的预测方程。通过与实验数据对比,分别得到清水冲刷和动床冲刷时不同流场类型所处的深宽比范围。选取代表性实验数据对方程的适用性进行了验证。与已有预测方程的误差对比分析表明,根据流场类型分别建立冲刷深度预测方程,能有效提高预测的精度。     

瓯江二桥主桥墩局部冲刷试验研究

本文采用系列模型试验方法，对瓯江二桥主要桥墩局部冲刷问题进行了研究，试验结果表明主桥墩最大冲刷深度与上游流量及主桥墩轴线走向有关，对径流为百年一遇洪水流量，主桥墩轴线走向与水流流向一致时，其最大冲刷深度为１１．６９ｍ，主桥墩纵轴线与流向夹角为２０°时，最大冲刷深度为１４．８１ｍ，试验得到施工围堰局部冲刷与流量的关系，得出最大冲刷深度，并提出围堰局部冲刷的防护措施。     

丁坝局部冲刷坑形态演变及冲刷平衡临界条件

丁坝局部冲刷坑垂向冲深、平面宽度及上下游边坡构成了冲刷坑几何形态的三维特征。局部冲刷达到平衡状态时,冲刷坑上下游边坡保持相对稳定的斜率。其与泥沙颗粒水下休止角大小及冲刷平衡临界条件的关系仍不太明确。一系列清水冲刷试验表明,不同来流强度条件下冲深与展宽速率存在非对称特征,坝体上下游边坡斜率随时间演变振荡衰减至相对稳定坡度。坝体上游坡度均较下游陡,比值近似常量为0.5。边坡斜率略小于泥沙颗粒水下休止角,比值下限近似为常量0.7。     

桥墩局部冲刷公式研究进展

总结国内外桥墩局部冲刷的研究成果,分类列举了单向流情况下非黏性土桥墩的局部冲刷公式;对比讨论了中国、前苏联及美国关于桥墩局部冲刷的规范公式。介绍了受潮流作用的桥墩和黏性土桥墩冲刷的最新研究进展。     

砂质河道桥墩局部冲刷计算经验公式改进和验证

桥墩局部冲刷深度是桥梁设计的重要参数，但随着造桥技术的发展，桥墩局部冲刷计算的经验公式在计算尺寸较大的桥墩局部冲深时误差偏大。为解决此问题，在前人的研究基础上，根据统一量纲的原则建立了砂质河道桥墩局部冲刷深度经验公式，并考虑基台露出床面对冲刷的影响，对公式进行修正。将文中提出的公式与中美计算规范进行比较，结果表明：所提出的公式具有考虑因素较全面、量纲统一、适用于大型桥墩局部冲刷深度计算的优点；计算精度相比另外3种公式有较明显的提高，能更好地预测桥墩局部冲刷深度。研究成果可为桥墩布设、施工与防护等提供技术支撑。     

滨海水闸闸下冲刷特征及机理研究

滨海水闸冲刷条件较差,不仅存在常规水闸低Fr数消能难的特点,还存在闸下基础稳定性及抗冲能力较差,闸下水位随潮涨潮落变动等特点,且其下游水域开阔,冲刷特性较常规水闸更为复杂。根据多年来模型试验成果,针对滨海水闸冲刷特征,从水流流态、扩散角及紊动切应力等多方面系统分析了闸下冲刷机理。研究表明:滨海水闸出闸水流平面上存在主流和副流两部分,在冲刷特征上可分为主流冲刷及副流冲刷,其中副流冲刷是引起滨海水闸冲刷破坏的主要因素。主流冲刷可分为缓流冲刷与急流冲刷,符合二元冲刷基本特征。副流冲刷则以回流淘刷为主,冲刷形态受水流扩散角、回流及回流挤压、紊动切应力三方面影响。相关研究成果可为制定闸下防冲对策提供理论依据。     

瓯江二桥主桥墩局部冲刷试验研究

本文采用系列模型试验方法，对瓯江二桥主桥墩局部冲刷问题进行了研究。试验结果表明主桥墩最大冲刷深度与上游径流量及主桥墩轴线走向有关:对径流为百年一遇洪水流量，主桥墩轴线走向与水流流向一致时，其最大冲刷深度为11．69m；主桥墩纵轴线与流向夹角为20°时，最大冲刷深度为14．81m。试验得到施工围堰局部冲刷与流量的关系，得出最大冲刷深度，并提出围堰局部冲刷的防护措施。     

冰盖下桥墩局部冲刷新型防冲组合结构试验研究

河流冰盖的形成改变了桥墩周围的水力特性,导致桥墩局部冲刷加剧。基于动床冲刷,在冰盖及明流条件下进行了螺纹式减冲索与钩环式护圈组合的新型防冲结构室内模型试验,探究其对桥墩局部冲刷的防冲效果。试验结果表明：新型防冲组合结构改变了桥墩的局部冲刷模式,延缓了冲刷过程;通过极差分析与方差分析可知,螺纹直径为6.0 mm、螺纹角为15°、螺纹排数为3的新型防冲组合结构的防护效果最优;与无防护工况相比,在粗糙冰盖条件下新型防冲组合结构桥墩最大冲刷深度减小了59.03%;螺纹式减冲索增大了桥墩表面的粗糙度,可以更好地削弱下潜流和分离墩前迎面水流,从而达到有效防冲的目的。     

钩环式护圈对冰盖下桥墩局部冲刷影响的试验研究

基于桥墩局部冲刷原理,在水平护圈防冲措施的基础上,设计了一种能改变桥墩周围水流流态的新型防冲设施—钩环式护圈。为探究钩环式护圈对圆柱形桥墩局部冲刷的防护效果,采用不同形状的钩环式护圈进行室内物理模型试验,分析了桥墩周围的冲刷特征和水力特性。试验结果表明：当钩环式护圈的高度为1 cm、角度为135°且安装在床面时,防护效果最好;与光墩相比,桥墩安装钩环式护圈后,最大冲刷深度最多可减小62.2%,桥墩底部垂向流速、垂向紊动强度均明显减小。通过多元回归分析建立了计算桥墩周围无量纲最大冲刷深度的经验方程,该方程对明流和冰盖条件下水流均适用。     

桥墩局部冲刷研究综述

本文根据桥墩局部冲刷的最新研究成果，对桥墩局部冲刷问题的研究进行了综述，主要内容包括桥墩局部流场、冲刷过程、桥墩冲刷影响参数、冲刷历时变化等。     

丁坝局部冲刷研究现状与展望

分别从丁坝附近水流结构、回流区范围、坝头局部冲刷机理、坝头局部冲刷影响因素和坝头最大冲深计算公式5个方面回顾了丁坝冲刷研究成果,认为:①水流结构是开展后续研究的基础;②相对回流区长度与断面缩窄比是否存在相关关系、相对回流区长度野外观测值与概化公式为何差距甚远、对坝头局部冲刷有重要影响的各因素中哪一个或哪几个占主导等问题尚无定论;③对于坝头局部最大冲深影响因素的研究甚多,但有些因素的研究结果不一,还有一些对冲深有重要影响的因素研究很少;④丁坝坝头局部最大冲深的计算公式一直存在理论性不强的缺陷。     

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。     

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。     

考虑局部冲刷影响的钱塘江过江隧道最大冲刷深度试验研究

钱塘江河口河床是冲淤变幅大的地区,过江隧道最大冲刷深度常成为工程设计的关键参数之一。以青年路过江隧道为例,运用正态水槽模型试验,分别模拟了过江隧道河段的自然冲刷和邻近涉水工程如丁坝引起的局部冲刷,分析两类冲刷对隧道的影响,并从工程安全出发,提出了最大冲刷深度的确定方法,与其他研究手段比较,结果较为一致,可为过江隧道、海底管线等隧道的合理设计提供科学依据。     

基于支持向量机的桥墩局部冲刷深度预测模型

基于支持向量机（SVM）建立了圆柱型桥墩局部冲刷深度预测模型,采用440组恒定流工况下圆柱型桥墩基础局部冲刷试验数据,对模型进行训练并对桥墩冲刷影响因素进行敏感性分析。分析结果表明,建立的模型冲刷深度预测值与试验值吻合良好,模型具有可行性和有效性;泥沙分层系数和水流强度对模型训练结果影响较大。     

丁坝局部冲刷深度的计算

局部冲刷深度是丁坝工程设计中的一个关键参数,本文在对丁坝局部冲刷的过程和影响因素分析的基础上,根据国内外公开发表的试验资料,采用量纲分析和多元线性回归的方法,建立了清水冲刷条件下丁坝的局部冲刷深度的计算公式,并分析了丁坝与水流夹角、丁坝边坡和非均匀沙对局部冲深的影响系数,得出的公式可供在确定丁坝基础埋深时参考。     

桥墩冲深计算公式

根据桥墩局部冲刷的最新研究成果，汇总给出各家桥墩冲深计算公式。