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.     

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。     

斜交塔基局部冲刷规律研究

塔基(桥墩)的局部冲刷问题是跨河工程规划、设计中需考虑的重要课题。受限于地形、地质、经济条件等因素,斜交塔基(桥墩)逐渐用于跨河工程中。然而,目前研究侧重正交塔基(桥墩)的局部冲刷问题,对斜交塔基局部冲刷规律研究较少,因此,以某斜交塔基工程为例,通过概化模型试验研究了斜交塔基的局部冲刷规律。研究结果表明:与正交塔基相比,斜交塔基偏向侧流速增幅大于塔基背向侧流速;冲刷坑最大冲刷深度较大,且最大冲刷位置位于塔基偏向侧;冲刷坑呈不对称的马蹄形,且塔基偏向侧冲刷范围大于背向侧;塔基防护后,以上趋势减弱。研究成果为解决跨江大桥或电缆通道建设中的斜交塔基局部冲刷问题提供了参考借鉴。     

人工鱼礁水动力学机理试验研究

通过概化模型模拟人工鱼礁,使用三维ADV测量投放模拟鱼礁后的流场,分析其影响区域内的水流流速分布、紊动强度分布等。通过流速场分析,得到单个和组合人工鱼礁在水深以及流向上的影响范围;通过紊动场分析,发现紊动强度在鱼礁后方存在两个峰值。水流结构的多变性为鱼类提供了适宜的栖息地。     

鱼洞长江大桥桥墩对水流及通航的影响研究

桥梁建成后,桥墩使得原有水流条件发生改变,因此有必要了解其对河床冲淤特别是通航条件的影响。采用桥墩概化模型试验与三维数值模拟计算,获得了重庆鱼洞长江大桥新、老桥墩方案的桥区河道水流特性,分析了桥墩附近的水流结构,统计了桥墩扰流的影响范围。结果表明,新桥墩方案影响范围大于老桥墩方案;新、老桥墩方案对整个河道的流场影响甚微,不会对通航造成显著的影响。     

润扬大桥桥墩冲刷模型设计

采用二维数学模型与局部概化物理模型结合,对润扬大桥新型桥墩型式的冲刷特性进行研究.数学模型计算桥址附近的流场并为物理模型提供边界条件,物理模型研究不同流量条件下桥墩的局部冲刷特性.设计中数学模型根据润扬大桥桥址所处位置及水文特点,对计算范围、设计流量和边界条件等主要问题进行探讨,保证了流场计算的精度,物理模型特别考虑模型设计中的模型比尺、模型沙选择及定床水流验证和动床输沙率定等因素,为研究成果的可靠提供了保证.     

环翼式桥墩周围水力特性试验研究

为分析环翼式桥墩周围水流流速分布特征,根据桥墩局部冲刷机理,进行了三种流量、三种水深、三种挡板位置的模型试验。试验结果表明:桥墩周围的表层纵向流速、表层横向流速仅仅受到水流波动的影响。挡板与河床的距离越小,桥墩中心线上的近底纵向流速越大,中心线上及墩侧一定范围的近底横向流速越大,但是近底垂向流速却越小。当挡板距离河床底部为0.3倍水深时,靠近河床边壁处各向流速受挡板影响不大,但是靠近桥墩中心处各向流速在挡板所在位置都有尖点,同时,靠近桥墩中心处的纵向相对紊动强度在测点高度与水深比值为0.4处有极大值。     

环翼式桥墩最优挡板形状试验

为研究环翼式桥墩的最优挡板形状,基于桥墩局部冲刷机理,进行了不同流量和不同环翼式挡板形状下的环翼式桥墩局部防冲刷水工模型试验。在环翼式挡板延伸长度为45 mm、位置在水深的1/3处,研究了不同流量、不同挡板形状的桥墩最大冲刷深度、三维时均流速及纵向和垂向紊动强度。结果表明:与无挡板相比,挡板前端和尾端宽度都为45 mm时水流垂向流速减小程度最大;纵向、垂向紊动强度减小程度最大;最大冲刷深度可减小57.6%,防冲刷效果明显。     

桥梁阻水断面补偿方案的数值模拟比较研究

采用二维水流数学模型分析了概化河道内桥墩的阻水效应.采取河道浚深的断面补偿方案削减桥墩的阻水影响,开挖位置分为3种:桥址上游、桥址下游以及桥址处.分析比较了3种开挖地形条件下的水位和流速,结果表明:桥址处开挖方案对降低桥墩局部水位效果较好,且该方案使得桥墩周围流速降低,可减少桥墩局部冲刷深度,利于桥梁稳定.     

潮汐河段桥墩对水流影响的数值计算与分析

潮汐河段桥墩对水流的影响可以通过二维水流数值计算进行分析.讨论了数值计算中桥墩的概化、潮汐动边界的处理等问题,并以长江口北支水道拟建大桥的数学模型计算为实例,分析了桥墩对桥区水位、流速和流场的影响特性.计算结果表明,桥墩对水位和流速影响的最明显时刻为涨落急,最明显的区域为桥墩或桥墩密集区附近,桥墩对水流的影响表现出双向特性.     

双桥墩条件下冰塞发展临界条件试验初步研究

河流中的桥墩改变了附近原有的水流特征,冬季可能对其附近冰塞的形成和演变产生影响。基于水槽模型试验,通过改变墩心距、墩径、墩形、冰水流量比和水流弗劳德数,分析了双桥墩条件下冰塞发展通过桥墩的临界条件。试验表明：冰塞能否发展通过桥墩所在断面存在临界弗劳德数,其值受墩心距、墩径、墩形和冰水流量比等因素控制,随着墩心距的减小或冰水流量比、墩径的增大,冰塞发展通过桥墩所在断面难度增大,方形墩相较于圆柱形墩难度增大;试验范围内,随着墩心距的减小,桥墩所处河道断面输冰能力增强,初始冰塞厚度增加,但冰塞平衡厚度减小。     

石笼桥墩水毁模式试验与数值模拟研究

石笼作为一种新型桥墩应用结构具有绿色环保、成本低廉的特点,但在现实应用中仍有水毁事件发生。以某山区石笼桥为例,从河沙冲刷形态和水流流场入手,运用模型实验和数值模拟手段探讨石笼桥墩冲刷水毁的破坏模式。结果表明:沿水平面垂直于水流方向的侧移变化和河沙掏空的桥墩前倾是导致桥墩破坏的主要原因,在桥墩一侧,桥墩尾端冲刷形态宽度与桥墩宽度之比为1.1,最大冲刷深度位置距离桥基宽度与桥墩宽度之比为0.1~0.15;桥墩前部的集中受力对其整体性安全威胁较大。     

中隔墩对大型泵站进水流道水力性能的影响

运用数值计算和模型试验相结合的方法,研究了在进水流道进口水流方向偏斜时,中隔墩对进水流道水力损失及流道出口断面的水流均匀度、水流入泵平均角度的影响,并对影响机理进行了初步分析。研究结果表明:在进水流道中设置中隔墩对进水流道的流态影响较小,设计流量时的流道水力损失增加约0.005m;当前池存在横向流速时,中隔墩对改善进水流道内的流态是有利的;进水流道水力损失的增加主要是由于隔墩的存在减小了过流面积,使得水流流速增加所引起的。数值计算和模型试验的结果基本一致。     

阶梯式消能工与掺气墩在工程中的联合运用

为使溢洪道具有较好的泄流条件,提高消能效率同时节省投资,提出了阶梯式溢洪道与掺气墩相结合的联合消能方式。以某水库溢洪道改造工程为例,对溢洪道的阶梯尺寸、掺气墩的结构及布置型式进行了探讨,最终泄槽段采用了1 m的阶梯形式与前倾30°的圆柱形掺气墩相结合的联合消能方式。试验结果表明,阶梯式消能工和掺气墩联合运用消能效果优异,水流条件明显改善。     

构皮滩水电站泄洪表孔分流齿坎的空化试验研究

 高拱坝泄洪表孔增设分流齿坎可以改善下泄水流流态和水垫塘底板的压力特性,提高消能效率,但由此带来分流齿坎的空化问题。采用减压模型试验方法对构皮滩水电站泄洪表孔分流齿坎的空化特性进行了试验研究。试验成果表明：该处空蚀可能性较大,而修改方案中,此处空化强度明显减弱且未超过空化初生阶段。     

钢板混凝土复合加固铁路重力式桥墩抗震性能研究

为探究钢板混凝土复合加固震后铁路重力式桥墩的抗震性能,制作配筋率为0.5%的桥墩缩尺模型进行拟静力试验。将模型墩底破坏区域采用钢板混凝土复合加固,对加固后的桥墩模型通过周期往复荷载试验来研究桥墩破坏形态,从滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化及位移延性等参数分析其抗震性能,并建立有限元模型进行验证。试验结果表明:（1）模型试件中钢板加固桥墩模型墩身部分作为过渡区,避免了加固面受集中力影响导致的破坏面转移;（2）采用钢板混凝土复合加固,可有效提高模型试件的刚度、耗能和承载能力,明显提升了桥墩的抗震能力。该加固方案可用于震后铁路重力式桥墩的修复。     

亭子口水电站跌坎消力池减压模型试验研究

采用1:40减压模型,通过测试流态、水下噪声和脉动压力等水力参数,对亭子口水电站闸墩尾部跌坎式底流消力池的空化空蚀特性进行了研究。成果表明：闸墩尾部区域存在强度为发展阶段的剪切流空化,采用8.00 m高度的跌坎消力池后,消力池底板空蚀破坏的可能性较小;但消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离较小时,边墙空蚀破坏的可能性较大;消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离增至4.20 m时,边墙空蚀破坏的可能性显著降低。     

低坎分流墩消能工用于金鸡滩水利枢纽工程的试验研究

针对金鸡滩水利枢纽工程的低Fr水流问题,提出了将低坎分流墩消能工用于此工程的试验研究。在二元水流试验中,从下游水流的流速分布、表面波浪、河床的动床冲刷等水力要素方面选择了适合金鸡滩枢纽工程的低坎分流墩体形尺寸,然后在整体模型上加以验证。研究结果表明,低坎分流墩应用于金鸡滩水利枢纽工程具有显著的消能效果,消能机理清楚,经济效益明显,值得推广应用。     

桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。