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。     

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.     

采沙河床桥墩冲刷研究

本文根据冲刷机理的不同，将采沙河床桥墩冲刷分成三部分：（1）采沙坑背水面边坡由于增加了水流比降容易形成溯源冲刷，（2）桥渡压缩水流过流断面增大水流挟沙力引起一般冲刷，（3）桥墩周围涡旋流造成局部冲刷。总的冲刷是三种冲刷的叠加。本文采用分步法计算了某河流采沙河床桥墩冲刷深度，各部分不同的冲刷机理采用相应的冲刷计算方法。结果表明采沙坑对桥墩安全的影响与沙坑尺度及其距大桥的距离有关。     

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。     

浅析粉土河床桥墩局部冲刷计算

本文根据实际桥梁工程桥墩冲刷计算,通过对比采用不同公式所得的结果,简要分析确定粉土河床桥墩局部冲刷计算的适用公式,并指出各参数对桥墩局部冲刷的影响,对局部冲刷计算提出一些建议。     

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。     

东音达木河特大桥跨越处对河道的冲刷影响分析

本文选取新建铁路跨越东音达木河特大桥为研究对象,采用非粘性土河床冲刷公式计算,对跨越处桥下20年一遇和100年一遇洪水对主槽、滩地的一般冲刷及对桥墩局部冲刷深度进行了计算分析。结果表明,20年和100年一遇洪水桥墩附近一般冲刷与局部冲刷之和为2.3 m和2.91 m,对两岸农田和桥墩基础均无不利影响,桥墩基础设计满足防冲要求。     

桥墩冲刷计算分析及防护措施

通过对青岐涌特大桥桥墩冲刷影响进行计算分析,结果表明桥墩的布设加剧水流冲刷会对河床及河道两岸的堤防安全造成一定的影响,并基于此提出了具体防冲刷保护措施。     

桥墩基础局部冲刷计算方法的对比研究

桥墩基础局部冲刷深度是确定基础埋深和保证桥梁安全运营的重要参数。针对桥墩基础局部冲刷深度不同的计算公式在量纲和谐、一般冲刷深度及河床形态和床沙组成对局部冲刷深度的影响进行对比分析,并结合工程算例,对计算结果进行对比。研究表明:对于单墩桥墩,HEC-18公式和包尔达柯夫公式计算较为简便,且HEC-18公式的计算结果偏安全;对于复杂群桩承台桥墩,中国铁道科学研究院新公式比较规范,采用公式所考虑的因素更多,结果更安全。     

潮流作用下复合桥墩局部冲刷研究

桥墩冲刷是桥梁水毁的重要原因之一,准确地计算桥墩冲刷深度具有重要意义.为了比较准确地计算桥墩局部冲刷深度,结合某跨海大桥,采用非结构网格技术和大、小模型嵌套的方法建立该大桥海区的平面二维潮流数学模型,采用潮位、流速、流向等实测资料进行验证.在此基础上,对该海区的潮流动力进行了模拟研究,分析了大桥工程对周围海域的潮流动力影响,并采用我国行业标准推荐的2种公式以及美国现行规范推荐的公式计算多座跨海大桥桥墩的局部冲刷计算.结果表明:大桥工程对桥区附近水域流速和潮位影响不大,桥墩可能发生最大局部冲刷深度的位置均位于主墩深槽附近.     

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。     

桥墩局部冲刷发展过程的三维动网格模拟

基于FLUENT软件的动网格更新技术和用户自定义函数功能实现了桥墩局部冲刷过程的三维动态模拟。以Melville经典冲刷试验为原型,建立数值模型。将河床面设置为主要的动边界,当床面结点瞬时剪应力大于临界剪应力时,结点位置下移,表现为冲刷,引入Van Rijn提出的沉积输运函数来控制河床面各结点的运动速度。数值模拟结果在流场形态,冲坑发生发展过程及冲坑形态均与试验结果较为吻合,模拟的冲坑深度略小于试验结果,误差约13%。误差产生的主要原因为基于雷诺平均N-S的湍流模型不能有效地反应钝形桥墩前端湍流脉动的影响。     

Streambed instabilities around a bridge pier in a dredged channel

We conducted flume experiments to study the morphological behaviour around a circular pier located downstream of a mining pit. Severe transverse erosion at the pier base as well as lowering of channel bed upstream of the pier was observed because of channel dredging. Streambed instability was analysed based on two non‐dimensional parameters, namely, pier exposure factor and normalized upstream incision depth. The maximum values of both these parameters were observed when the mining pit was dredged closest to the pier. We also observed growth in streambed instability with an increase in flow Reynolds number.     

河床溯源冲刷影响下的桥墩冲刷

主要针对河床采沙所致的溯源冲刷对水下结构物周围冲刷影响的问题,研究冲刷演变及预测方法,为结构物安全防洪提供参考。通过水槽试验观测了床面突降条件下的溯源冲刷和墩柱局部冲刷耦合发展规律及其主要影响因素,建立了溯源与局部耦合冲刷的实时计算方法。溯源冲刷耦合下的局部冲刷与平床时的冲刷之比呈上凸曲线变化,与距离、流量及跌水水头差有关;局部冲刷和溯源冲刷对总冲刷深度的贡献比是墩柱与采沙坑距离、跌水水头差及流量的函数;在河床采沙的一定影响范围内,溯源冲刷到达时的瞬间冲刷速率远大于局部冲刷速率。本文的计算方法,可用于预测溯源与局部耦合冲刷时结构物总冲刷深度的发展。     

桥墩冲刷对岸坡稳定的影响及防护工程设计

在河道中建造桥墩,会引起桥墩附近水流状态发生很大变化,致使河床产生一般冲刷和局部冲刷,进而影响桥墩附近岸坡的稳定,并有可能对河势的稳定产生不利影响。分析了在安徽省长江河道上建设桥梁后岸坡冲刷及对其稳定的影响。指出桥梁设计单位应重视桥墩冲刷影响岸坡稳定的问题,并应采取适当的防护措施。比较了几种岸坡防护工程型式后,提出了针对桥墩冲刷影响岸坡稳定进行防护工程设计的要点。      

新疆宽浅变迁河流桥墩局部冲刷研究

新疆宽浅变迁河流水深小、比降大、水流急,河床容易冲刷。建桥后,桥墩局部冲刷与一般冲积河流不同。论文通过概化动床模型试验,得出了新疆宽浅变迁河流桥墩局部冲刷计算公式。动床模型公式充分反映了这类河流的特点,因而与实际情况较为符合。     

长江下游河段桥墩压缩冲刷预测研究

建桥引起的河床变化可分为压缩冲刷和局部冲刷。相比于局部冲刷,压缩冲刷研究较少,压缩冲刷使桥址断面产生整体性下降,不利于桥墩基础安全。在总结前人研究成果基础上,以长江下游世业洲桥位方案为例,建立了桥墩压缩冲刷预测模型。探讨了不同空间尺度下桥墩边界的处理方法; 针对长江下游河段水沙特点,从工程安全角度出发,提出了水沙过程的选取方法; 最后预测了桥位上下游河床变形和桥墩压缩冲刷深度,并与长江下游已建桥址断面冲刷深度进行比对,两者基本相当。结果表明, 文中确定的桥墩压缩冲刷是合理的,可为桥墩基础埋深提供技术依据。     

Experimental investigation and flow analysis of clear-water scour around pier and abutment in proximity

Local scour around bridge piers and abutments is one of the most significant causes of bridge failure. Despite a plethora of studies on scour around individual bridge piers or abutments, few studies have focused on the joint impact of a pier and an abutment in proximity to one another on scour. This study conducted laboratory experiments and flow analyses to examine the interaction of piers and abutments and their effect on clear-water scour. The experiments were conducted in a rectangular laboratory flume. They included 18 main tests (with a combination of different types of piers and abutments) and five control tests (with individual piers or abutments). Three pier types (a rectangular pier with a rounded edge, a group of three cylindrical piers, and a single cylindrical pier) and two abutment types (a wing–wall abutment and a semi-circular abutment) were used. An acoustic Doppler velocimeter was used to measure the three-dimensional flow velocity for analyses of streamline, velocity magnitude, vertical velocity, and bed shear stress. The results showed that the velocity near the pier and abutment increased by up to 80%. The maximum scour depth around the abutment increased by up to 19%. In contrast, the maximum scour depth around the pier increased significantly by up to l71%. The presence of the pier in the vicinity of the abutment led to an increase in the scour hole volume by up to 87% relative to the case with a solitary abutment. Empirical equations were also derived to accurately estimate the maximum scour depth at the pier adjacent to the abutment.     

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。