新疆宽浅变迁河流桥渡动床模型设计探讨

结合新疆宽浅变迁河流特性,分析了变态率和轻质沙对新疆宽浅变迁河流桥渡动床模型的影响,认为新疆宽浅变迁河流桥渡动床模型最好采用平面比尺小于20、模型沙为天然沙的"自相似"正态动床模型.以代表性河流为例,说明标准的"自相似"动床模型将遇到模型场地及进出口边界控制等困难,提出采用局部模型设计思路.通过分析新疆宽浅变迁河流的地形特点、局部模型中桥位断面不同宽度和沿程单宽流量偏差对代表性河流的水流及地形变化的影响,认为局部模型方法能模拟代表性河流建桥后桥位断面地形和水位的变化.     

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。     

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。     

桥墩对下游河道整治建筑物冲刷的影响

河道整治结构通常用于改善河流稳定性和生态条件,并保护上游河道内基础设施免受冲刷和侵蚀。淹没堰是一种典型的河道整治结构,通常建在桥梁下游,用于河道坡度控制。溢出堰的水流会造成局部冲刷,破坏建筑物和河道的稳定性。因此,准确估计冲刷并了解上游桥墩对淹没堰局部冲刷的影响对于结构安全设计非常重要。对调节桥墩及淹没堰的距离L进行研究。研究中,在沉积物循环水槽中使用中值粒径d₅₀=0.85 mm的均匀粗砂进行了56次实验。对于清水冲刷,实验表明桥墩冲刷过程在淹没堰上游产生冲刷和填充过程,上游桥墩还可以通过两种机制影响淹没堰下游的冲刷：(1)上游泥沙补充;(2)过流断面收缩。机制(1)和(2)可分别减少和增加淹没堰处的下游清水冲刷深度。对于动床冲刷,上游桥墩可分别减少和增加淹没堰影响上游和下游的冲刷深度。根据试验数据,评估淹没堰处冲刷深度与桥墩、淹没堰二者距离L之间的关系。     

潮流作用下桥墩局部冲刷规律研究

桥墩局部冲刷深度的可靠预测是保证桥梁安全运行的基础。我国对河流上的桥墩局部冲刷做过大量研究,但河口海湾及沿海地区跨海湾桥梁,往往水域宽阔,作用水流多为极其复杂的双向潮流,目前针对性的研究尚少。通过对钱塘江河口及杭州湾的嘉绍大桥、杭州湾大桥和金塘大桥在潮流作用下的桥墩局部冲刷开展水槽试验,研究了桥墩在潮流作用下的冲刷坑形态与冲刷过程,并对潮流作用下桥墩局部冲刷深度的主要影响因子进行了分析。     

桥墩局部冲刷分析及防护对策

河道中修建桥墩后，周围的水流情况会发生很大变化，从而引起桥墩周围产生局部冲刷。桥墩附近水流结构十分复杂，对于重要的工程问题，主要依靠物理模型试验分析局部冲刷。目前，国内外关于桥墩局部冲刷深度的计算方法主要有：非黏性土河床的桥墩局部冲刷公式，黏性土河床桥墩局部冲刷公式以及适用于黄河的冲刷计算公式。在确定冲刷深度后，进一步分析了桥墩基底埋置深度。同时，总结了浅基防护工程的几种类型。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

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。     

黄河小浪底水库下游河床冲淤发展趋势

根据黄河水沙特性，运用适合于多沙河流的挟沙力公式，研制出应用于黄河下游河道变形数模程序。通过对黄河铁谢至利津河段长系列演算与分析，预估小浪底水库运用后，坝下游河道将发生不同程度的冲淤变化，以铁谢至高村段河床冲淤变化较大，高村以下河段冲淤变化较小。     

河道糙率和桥墩壅水对宽浅河道行洪能力影响的研究

为研究宽浅型河道糙率和桥墩壅水对行洪能力的影响,本研究采用了物理模型试验、数值模拟和经验公式方法分别模拟其水力特性并进行比较分析。通过物理模型试验给出了河道糙率的模拟方法,分别采用4种材料模拟河道护坡:无植被、稀疏植被、稀疏植被中间种植灌木和密集植被。其中,糙率最大的密集植被和糙率最小的无植被护坡条件下各断面水位差均值为0.03 m。结果表明:对于宽浅河道,护坡糙率较大范围的变化对河道行洪能力影响不显著。复杂边界条件和水力条件下桥墩壅水模拟结果表明:二维数学模型比经验公式和一维数学模型能较真实地反映河道边界条件、桥梁长度、桥墩形状对桥墩壅水高度的影响,模拟结果同物理模型试验值较为接近。本研究为宽浅河道安全行洪中糙率评估和桥墩壅水计算提供可靠的参数和依据。     

桥梁阻水水头损失计算方法比较

河道水流经过桥墩时, 由于桥墩的阻碍作用, 将产生一定的水头损失。对于本身水力坡降就不大的平原地区 河道, 桥墩阻水引起的水头损失对河道过水能力的影响是至关重要的。通过对 D cAubuisson 公式、 Yarnell 公式、 Henderson 公式、 铁科院李付军公式和无坎宽顶堰公式等常用桥墩壅水计算公式的分析比较, 结合水工模型试验结 果, 认为 Yarnell 公式、 无坎宽顶堰公式的计算结果可以较好的反映桥墩阻水引起的水头损失。     

CES模型计算复式河槽过流能力及方法对比

复式河槽的洪水漫滩后,滩槽水流相互作用,在滩槽交界处形成动量交换,若直接采用曼宁公式进行水力计算将产生很大误差。应用CES(Conveyance Estimation System)模型首先计算了不同复式河槽的垂线平均流速,并结合英国科学工程研究理事会洪水水槽设备(SERC-FCF)的试验资料进行了验证,进而分析了不同形态复式河槽的水流特性;然后通过对比分析CES模型与经验方法(湿周修正法、断面分割法)和理论方法(谢汉祥法、刘沛清法、河槽协同度法)计算流量时的精度,论证了该模型在复式河槽水力计算中的优越性。结果表明,由CES模型计算的断面垂线平均流速分布符合复式河槽的水流特性且与实测资料吻合良好,较之其他模型方法,该模型能适用于任意形态复式河槽的流量计算且精度较高。     

铁路斜交桥对河道行洪的影响及对策

一些桥梁受地形和线路的制约,桥位不得不采取与河渠斜交的穿越方式,造成桥墩较大的阻水作用.采用经验公式计算与数值模拟两种方法对某铁路斜交桥的行洪影响进行分析,研究了不同洪水条件下的壅水高度与范围、桥梁一般冲刷与局部冲刷深度、桥梁对行洪断面的阻水比.研究表明:桥梁设计基本满足要求,建桥后河势变化不大,但行洪断面的阻水比偏大.拟建桥采用与既有桥对孔布置,可以减小双桥对行洪的阻滞影响.提出了疏浚开挖边滩来补偿工程占用河槽行洪面积,经计算分析该方案,可以有效减小阻水比与壅水高度,减轻工程局部冲刷,有利于区域行洪安全.     

Physiographic characteristics of bridge‐stream intersections

Bridges that cross streams can be greatly affected by channel instabilities, such as channel widening, lateral migration and channel bed degradation. Attention to channel conditions in the vicinity of bridges is an important aspect of bridge maintenance and safety. Channel stability is also critical to goals of multi‐objective river management. Given that channel stability is important for both river management and the structural stability of bridges, any river management scheme should consider the stability of bridge‐stream intersections. In this paper, the characteristics of bridge‐stream intersections across the United States are described based on existing literature and recent field observations. A set of recommendations for addressing and improving channel stability at bridges is suggested, including: (1) controlling water and sediment discharges at the catchment level; (2) revegetating channel banks with woody vegetation; (3) reshaping the channel cross‐section to a more stable, configuration; (4) removing disturbances from the stream channel, such as cattle and (5) using structures to control flow near channel beds and banks. The physiographic setting is a factor in the solution of at least the first three suggestions in this list. Attention to the physical characteristics of bridge‐stream intersections in the various physiographic regions can lead to sustainable solutions for stabilizing channels at bridge‐stream intersections. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

长江中下游分汊河段的整治

 长江中下游宜昌至徐六泾段全长1 710 km,共有分汊河段55段,可分为顺直形、微弯形和鹅头形3种汊道。主汊和支汊兴衰交替是分汊河段河道演变的共同特点,大多数汊道主支汊交替周期长,是一种相对稳定的河床形态。在长期的演变过程中,分汊河道的河床总体上处于相对平衡状态,具有与其上下游单一河段相当的泄洪能力。长江中下游分汊河段的综合整治应依据“稳定分汊河势、适度减少支汊、合理利用洲滩”的原则,结合各河段情况制定整治方案;武汉河段的整治宜根据近期河道演变和环境保护要求,采用保持天兴洲汊道为双汊河段的基本方案。     

水力学方法估算大桥对河道防洪的影响

 提出了估算大桥对河道防洪影响的水力学方法，采用这一方法，可以在河道地形和水文资料缺乏的情况下，估算出中、小型河道建桥后桥址上游水位壅高值和壅水范围。具体水力学方法包括：断面流量模数法、宽顶堰淹没出流法、局部水头损失法和恒定渐变流法。应用这些方法，成功地进行了洪湖市汉洪公路新滩东荆河大桥对桥址上游河道防洪影响的计算分析。     

西福河大桥对河道行洪影响分析

西福河是增城市第二大河流,为当地的主要行洪、排水、排涝通道。某高速公路西福河大桥跨越西福河并在河道行洪区域内布置路基、桥梁等构筑物。为了减小建桥后对两岸河堤、农田、村庄造成影响,应分析桥梁建设对河道行洪影响。本文根据西福河大桥设计成果、所跨越西福河河道情况进行阻水分析,并通过建立数学模型进行壅水计算,根据分析结果就本工程建设对河道泄洪的影响、对河势稳定的影响、进行评价,并对设计方案提出调整意见或建议。     

防洪评价中跨河桥梁壅水和冲刷计算探讨

在对跨河桥梁进行防洪评价及审查的实际工作中,发现以下问题：利用水面曲线法推求桥墩壅高值时,桥位断面与上游断面的间距对壅高结果有很大影响;在利用经验公式法计算桥位冲刷深度时,河槽和河滩的流量分配对结果有很大影响,如果分配不合理,甚至会出现河滩冲刷深度大于河槽冲刷深度的情况.文章以许渡大桥为例,分析以上问题出现的原因,并探讨解决方法,力求计算结果的准确合理,供防洪评价及其审查人员参考.