崇明岛丁坝坝头冲刷防护对策初探

分析了崇明岛环岛丁坝坝头松动、跌落破坏的缘由 ,提出采用加筋机织布软体排等护底材料是丁坝坝头冲刷防护的有效措施 ,并对软体排性能要求、丁坝坝头的防护范围和软体排的布置原则进行论述     

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。     

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。     

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。     

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。     

潮汐河口丁坝布置对河床冲刷的影响研究

河流和与之相邻的港池、坝田之间,河流的滩槽之间,都发生着动量和质量交换。通过二维水沙模型以及理论模型分析了不同丁坝间距对河床冲刷的影响,研究发现:当丁坝间距逐渐增大时,坝头冲刷深度也逐渐增加,主槽内的冲刷分布变得不均匀;涨急和落急时刻坝田与主槽的水沙交换系数均在0.01～0.04之间;在涨急时刻,随着丁坝间距的增加其交换系数逐渐减小,并呈良好的线性关系;但在落急时刻,在丁坝间距为4倍坝长时交换系数最大;随着丁坝间距的增加,主槽的平均流速逐渐减小。整体呈现为随着丁坝间距的增加,主槽的平均冲刷深度逐渐减小。     

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。     

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。     

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。     

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。并给出了适合于长沙口典型丁坝坝头床沙起冲流速的估算式。     

丁坝坝头床沙起冲流速及局部最大冲深计算模式的探讨

本文通过对丁坝坝头床沙起冲流速进行较为全面、系统的试验研究,在单因素分析及丁坝附近水流结构的观察分析的基础上,用优化组合及多元线性回归的方法,提出了丁坝坝头床沙起冲流速的计算方法.进而得出了坝头局部最大冲深的计算模式验证资料表明:公式结构形式合理、简明扼要,能够反映坝头局部最大冲深的变化规律.     

不同透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的试验研究

水力插板透水丁坝新型护岸结构的提出提高了新疆粉细沙河床上治河工程的防洪护岸效益。本文为了探讨透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的影响,利用动床模型水槽试验研究了水力插板透水丁坝缓流效果、局部冲刷及坝后最大淤积高度随透水率的变化规律,为透水率这个重要工程设计参数的合理选取提供理论依据。试验结果表明:水力插板透水丁坝坝后流速的减缓效果明显,且透水率对坝后流速的影响较小;坝头最大冲刷深度随着透水率的增大而变小;坝后最大淤积高度随透水率的增加先增加后减小;当透水率为30%左右时,水力插板透水丁坝的防冲促淤效果达到最佳。     

丁坝群附近流场的三维数值模拟研究

丁坝具有导流、护岸、调整水深和营造局部冲淤等众多功能,在实际工程中应用广泛。文章采用有限体积法对正挑丁坝群的周围流场分布进行了三维数值模拟,以期深化对丁坝群附近的水流流场及局部冲刷机理的认识。研究发现,流场中有三个大的逆时针旋涡产生,第一座丁坝坝头处有下潜水流,且切应力达到最大值,是该位置发生严重冲刷的主要原因,且流量越大,冲刷越严重。     

水力插板透水丁坝群累积效应减轻局部冲刷效果的试验研究

水力插板透水丁坝是一种新型丁坝。本文以水力插板透水丁坝群、井柱桩透水丁坝群和实体丁坝群为研究对象进行动床模型试验。用测针测量各丁坝群附近地形,并用Surfer8.0绘制各丁坝群附近的地形图。结果表明:水力插板透水丁坝群累积效应减少局部冲刷的性能最好,其次是井柱桩透水丁坝群,实体丁坝群性能最差。最后详细地分析了各丁坝群减少局部冲刷差异性产生的机理。     

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.     

透水丁坝关键设计参数的确定及研究动态

对坝头局部冲刷深度、壅水高度、下游回流长度及坝群合理间距等透水丁坝工程设计中需要解决的关键设计参数的确定方法进行了介绍,指出了透水丁坝工程设计中亟待解决的关键问题,建议:①综合考虑透水丁坝不同挑角等相关因素的影响, 给出完整的透水丁坝坝头局部冲刷深度的研究成果;②深入分析透水丁坝局部水头损失产生的原因,从理论上确定透水丁坝局部水头损失的计算公式,进而给出透水丁坝壅水高度计算公式;③应针对不同的透水率进行详细研究.     

黄河宁夏青石河段丁坝间距研究

通过对丁坝防护弯道的效果分析,认为丁坝间距不仅会影响坝头的局部冲刷深度,而且会影响丁坝防护弯道的效果。据此,借助模型试验及理论研究成果,分析不同工程边界条件下施工期流量、整治流量及20 a一遇设防流量下的水流流态、局部冲刷和河势演变,并从丁坝间距与丁坝所在河段的位置有关的角度出发,分析了凹岸丁坝群的丁坝间距与丁坝坝长的关系。研究表明:1.1倍坝长丁坝间距和1.5倍坝长丁坝间距对水流流态、局部冲刷和河势演变的影响差别均较小,结合理论研究认为来流方向与坝迎水面的夹角为60°～75°的坝段,丁坝间距应优先采用1.1倍坝长;来流方向与坝迎水面的夹角为20°～30°的坝段,丁坝间距宜采用2.0～2.6倍坝长。     

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°。