长江口典型丁坝坝头冲深计算模式选择与验证

根据长江口的水文泥沙特性和丁坝的特征 .探讨了适合于长江口典型丁坝坝头最大冲深计算的模式 ,为丁坝坝头冲刷坑深度计算和判断冲刷坑的稳定性提供依据 .并给出了适合于长江口典型丁坝坝头床沙起冲流速的估算式 .     

长兴岛南沿丁坝坝头冲刷坑深度探析

利用长江口已经验证的典型丁坝坝头冲刷坑计算模式对长兴岛南沿起历经多年冲淤变化后的丁坝坝头冲刷坑进行计算，发现计算结果与实测冲刷坑深度有较大差异。经分析长兴岛南沿外沙内泓河段地质勘探资料，找出了实测冲刷坑深度与计算结果产生差异的原因，提出土层物理力学指标是影响冲刷坑终极深度的重要原因，丁坝坝头床沙起冲流速是分析计算坝头坑深度的主要参数。     

丁坝坝头冲刷坑的终极深度及其过程

根据丁坝坝头局部冲刷的终级冲深和冲刷坑深度的发展规律，计算了丁坝坝头局部冲刷在一次水文过程中的最大深度，并用此方法估算了长江口航道整治工程中１６条整治丁坝坝头冲刷坑的深度，与崇明岛丁坝调查结果相比较，估算结果是合理的。     

北江下游丁坝坝头最大冲深计算模式探讨

该文总结了前人在丁坝坝头最大冲深方面的主要研究成果,并根据北江下游的水文泥沙特性和丁坝的特征,探讨了适合于北江下游微弯河段凹岸和过渡段典型丁坝坝头最大冲深计算的模式,为北江下游河段典型丁坝坝头最大冲刷深度计算提供依据。     

潮流波浪作用下丁坝坝头概化模型的冲刷试验

根据窦国仁波浪潮流共同作用下的全沙模型相似理论，设计了长江口深水航道北槽概化物理模型．进行了清水潮流和潮流波浪、浑水潮流波浪作用下的4条丁坝坝头冲刷试验，给出了各丁坝坝头冲刷坑深度随时间的变化，对比了3种试验条件下丁坝坝头冲刷坑的深度．     

透水框架在改进丁坝结构型式上的应用

丁坝坝头绕流呈复杂的三维结构,常导致坝头局部冲刷,易诱发丁坝水毁。为改善丁坝坝头的水流条件,利用四面体透水框架对常规丁坝结构型式作了有益改进,即将常规丁坝的实体坝头改成由四面体透水框架铰接而成的透水坝头,并通过水槽试验研究其水动力特性及冲淤特性。研究表明,透水坝头能有效分散坝头集中绕流,减弱坝头脱离涡的形成条件,并阻滞下潜流,相应地,坝头局部冲刷坑深度也得到有效控制。此外,试验还研究了透水坝头透空率以及长度对局部冲刷的影响。研究发现,存在一个最优透空率,使得透水坝头控制坝头局部冲刷的效果最好,透水坝头的透空率过大或过小时,透水坝头对局部冲刷坑深度的控制有限。另外,在坝头绕流的影响范围内,随着透水坝头长度的增加,其减小坝头局部冲刷的效果越好,当透水坝头长度超过这一范围后,透水坝头长度的增加对减小坝头局部冲刷的效果不再明显。     

青草沙水库北堤丁坝群保滩工程冲刷特性试验研究

该文采用定床试验和动床试验相结合的研究方法研究青草沙水库北堤丁坝群的坝田区流态和坝头区冲刷特性,分析软体排对丁坝坝头及坝田区的防冲刷效果。结果表明,丁坝群护岸保滩作用效果良好;在丁坝坝头近区局部流速较大,极易造成坝头局部冲坑深度较大,不利于坝头稳定;在坝头区设置软体排可以保护丁坝坝头,使其有效避免冲刷破坏影响。     

黄河下游PHC管桩丁坝三维有限元数值分析

对PHC管桩丁坝的护岸功能、抗冲刷能力及结构等进行了三维数值计算分析。结果表明:PHC管桩丁坝结构合理、强度高、抗冲刷能力强,按最大冲刷坑深20 m计算的最小安全系数为1.21,坝头最大变形为1.3 cm,可达到不抢险、少维护的目的;将双排桩设计在坝头段位移最大处时,能有效地改变丁坝结构的应力边界条件,提高丁坝整体稳定安全系数。     

丁坝冲刷及整流桩防护措施研究

通过丁坝局部模型试验，进一步研究了丁坝冲刷机理。在此基础上，针对丁坝防护问题，提出了在丁坝坝体布议整流桩这样一种新型的防护措施。相应的模型试验结果表明，整流桩可有效改善丁坝坝头局部水流结构，进而使丁坝坝头冲刷坑深度减小，最大冲刷部位发生偏离，有利于丁坝的稳定。     

水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度模型试验

为探索水力插板透水丁坝减小坝头冲刷坑深度的最佳设计参数和布置方案,通过改变流量、丁坝挑角、丁坝透水率、丁坝长度进行单因素影响试验,得出坝头冲刷坑深度与各单因素的回归方程。从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。试验结果表明:4个单因素对水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度的影响从大到小依次为:丁坝透水率、流量、丁坝长度、丁坝挑角;在一定流量条件下,水力插板透水丁坝最佳布置方案的设计参数为丁坝透水率30%、丁坝长度30 cm、丁坝挑角60°。     

丁坝头冲深和堵口抛石大小的计算

将局部冲刷计算式应用到丁坝头和堵口截流冲坑深度的计算，并引用绕板桩渗流场渗势理论计算水流绕坝头的单宽流量（或流速),而给出了进占堵口丁坝坝头护脚抛石的稳定性计算式，经过验算，冲深与抛石稳定性的计算与实际工程的结果较为一致。     

水力插板透水丁坝坝头冲刷深度规律初探

水力插板透水丁坝的坝头局部冲刷严重影响着水力插板的稳定性和安全性。采取单因素控制变量的方法进行室内动床试验,探索了坝头冲刷坑深度与模型沙粒径、束窄度、流量、水力插板透水率、丁坝挑角之间的关系。结果表明:当模型沙粒径从0.058 mm至0.138 mm增大138%时,坝头冲刷坑深度从9.2 cm至5.7 cm减小38%;当丁坝束窄度从0.08至0.42增大425%时,坝头冲刷坑深度从5.3 cm至9.2 cm增大74%;当流量从10.28 L/s至16.03 L/s增大56%时,坝头冲刷坑深度从6.5 cm至9.6 cm增大48%;当水力插板透水率从0增大至80%时,坝头冲刷坑深度从8.9 cm至2.1cm减小76%;当挑角θ小于90°,从30°至90°增大200%时,坝头冲刷坑深度从6.5 cm至9.0 cm增大38%;当挑角θ等于90°时,坝头冲刷坑深度达到最大值;当挑角θ大于90°,从90°至150°增大67%时,坝头冲刷坑深度从9.0 cm至7.1 cm减小21%。详细分析了模型沙粒径、束窄度、流量、水力插板透水率、挑角的变化对坝头冲刷坑深度影响的机理。     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

丁坝冲刷坑及下游回流区流场和紊动特性试验研究

通过超声多普勒测速仪NDV对已形成冲刷坑的情况下的丁坝流场和紊动动能进行细致的三维测量,结果表明,冲刷坑的存在使得回流范围比平底情况有所减小,较强的紊动动能主要分布在坝头和冲刷坑内,其中以坝头处水流分离区紊动动能最为强烈,主回流区交界处次之.冲刷坑的存在也使得丁坝后回流区的水流和紊动动能分布有较大调整.     

非淹没式丁坝群局部冲刷规律试验研究

结合某河道整治工程的实施,通过比尺模型试验,对丁坝群设计参数变化时局部冲刷规律进行了分析研究。总结了不同丁坝间距、长度和坝轴线方位角对冲刷坑深度及冲淤位置的影响,并根据试验观测资料提出了丁坝群各坝头局部冲刷深度的分析计算方法,所得结果可供河道整治工程规划设计参考。     

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。     

基于BP神经网络的丁坝坝头冲刷坑变化趋势预测

丁坝坝头冲刷坑的深度及位置变化影响坝基稳定,是丁坝安全评估的重要参数,且是一个复杂的非线性系统问题。以长江张南水道为研究对象,基于2008—2016年实测资料,分析来水来沙及其变化过程、冲刷坑位置和深度的变化,研究确定影响冲刷坑深度及位置变化的因子是河床边界条件(水深、河宽)、坝体属性(丁坝长度、挑角)及来水来沙因素(年径流量、年输沙量、不同级别来水来沙持续的天数),建立了基于BP神经网络的冲刷坑深度及位置变化趋势预测模型。计算结果表明,BP神经网络模型得到的冲刷坑深度和位置预测值与实测值较吻合,误差在(1.8~6.5)%,研究结果可为丁坝安全评估提供依据。     

恒流条件下丁坝的水流特征和冲淤形态分析

为了防止丁坝在湍急水流的冲刷下受到侵蚀,避免丁坝出现水毁破坏,模拟丁坝水流冲刷试验,在恒流条件下,对丁坝的水流特征和冲淤形态进行研究。结果表明,恒流条件下,丁坝阻挡水流时水位上升,水流从坝头绕过后水位逐渐降低;随着水流持续运动,离坝轴线越远,水流流速减小,泥沙沉积越多;在恒流条件下,离坝头越近,水流流速越快,冲刷深度越大。研究成果可为河道治理提供参考。     

台阶式丁坝水动力特性及防冲效应

丁坝是航道整治工程中广泛采用的一种整治建筑物,然而丁坝坝头复杂的水流结构,常导致坝头局部冲刷,易诱发丁坝水毁。为减弱坝头的水流动力,提出了设置台阶式坝头的新型丁坝结构形式,并通过水槽试验研究了台阶式丁坝的水动力特性及冲淤特征。研究表明,台阶式坝头能逐级分散坝头的集中绕流,消弱坝头脱离涡的涡量强度,而台阶的台面也能逐级阻挡坝头下潜流,消弱其对床面的直接冲击;同时,台阶台面具有挑流作用,使得最大流速或最大紊动强度区相应外移,也有利于坝头的稳定。试验还研究了台阶级数、宽度以及坝身下游边坡是否设置台阶等对控制局部冲刷坑的影响。试验发现,台阶级数相对越多,宽度越宽,其减小局部冲刷的效果越好;坝身下游边坡设置台阶增大了台阶台面阻挡下潜流及挑流的面积,也有利于控制局部冲刷的发展。     

涌潮河口桩式丁坝的护滩保塘效果分析

针对以散抛块石为材料的传统堆石丁坝基础较浅，处于低潮位上下时散抛块石在涌潮动力作用下往往出现冲散、滚失、沉落，招致丁坝损毁的情况。本文提出了一种桩式丁坝型式，该桩式丁坝除基础深、整体性好外，水上和水下部分的坝头，做成适合流势接近流线的体型，从而可改善邻近丁坝头的流场，减小滩地与近坝头河床的冲刷。本文通过现场观测，分析了桩式丁坝的护滩保塘效果，探究丁坝护滩保塘的机理。分析表明，桩式丁坝可减轻“兜潮”现象，能直接抵御最大涌潮动力的作用，有效地减弱涌潮对坝基的淘刷，削减坝头及丁坝上游侧的局部冲刷强度，较好地解决了丁坝坝身周围局部冲刷坑的问题，大大增强了坝身结构稳定性。与传统的堆石丁坝比较，桩式丁坝具有设计合理、施工简易、便于维护检修等特点，可在各类河道整治、海塘保护等工程中应用。