自由跌水沖坑深度及水墊消能研究.pdf

1、自由跌水的沖刷破壞問題一直是國內(nèi)外學者研究的熱點和難點。本文首先回顧了自由跌水和沖坑深度的理論研究、試驗研究以及數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀。再以某實際工程為背景，利用有機玻璃制作模型進行試驗；接著，從自由跌水的特點出發(fā)，推導出了一個跌水沖坑深度的計算公式。將其結合已有的兩個沖坑深度計算公式，對模型試驗結果和實際工程進行了對比分析，驗證了本文公式的正確性；最后，利用 FLUNTE對實際工程的自由跌水進行了數(shù)值模擬。本文通過對以上內(nèi)容的研究，得到了

2、以下主要結論：
　　（1）將前人從消能觀點和水躍觀點出發(fā)得到的沖坑深度與模型試驗實測值進行比較。對比結果后發(fā)現(xiàn)，用消能觀點沖坑深度公式得到的計算值與模型試驗實測值相比偏大，而用水躍觀點沖坑深度公式得到的計算值與模型試驗實測值相比偏小。
　?。?）本文從自由跌水的特點出發(fā)，在考慮水舌收縮的基礎上，利用單個沙粒在穩(wěn)定沖坑中的能量守恒建立平衡方程，推導得出了一個跌水沖坑深度的計算公式。由此公式得到的沖坑深度計算值與模型試驗實測值的

3、擬合曲線符合得很好。
　　（3）利用消能觀點、水躍觀點、以及本文推導得到的沖坑公式對實際的自由跌水工程沖刷坑深度進行計算。結果表明，從消能觀點公式得到的計算值和水躍觀點公式得到的計算值較工程現(xiàn)場實測值都偏小，而從本文推導公式得到的計算值卻與工程現(xiàn)場實測值非常接近。綜合比較模型試驗和實際工程，說明利用本文推導得到的沖坑公式，用來計算這類自由跌水形成的沖坑深度是相當準確的。
　　（4）通過預設不同深度水墊塘的方法，對某個實際工程

4、的自由跌水進行數(shù)值模擬，計算跌流的最大臨底流速。計算結果表明：水墊塘的設置可以明顯的減小水舌跌落后的最大臨底流速；最大臨底流速的大小會隨水墊塘深度的增加而降低。在此基礎上，結合消能效果和工程投資綜合考慮，對該工程布置0.9m的水墊塘，既能滿足較好的消能效果不產(chǎn)生沖坑，又能在經(jīng)濟上達到相對較優(yōu)，由此可作為該工程減輕下游沖刷的整修方案。這種利用數(shù)值模擬計算最大臨底流速來選定布置水墊塘的方法還可以應用到別的實際工程當中，為工程設計、整修提供參