橋墩附近流場特性及新型防護技術實驗研究.pdf

1、橋墩局部沖刷問題一直為水利工作者所關注，盡管在過去的100多年里，橋墩周圍流場水力特性及防護工程、防護特性的研究已取得一些成果，但是局部沖刷理論還不是很完善，也還沒有任何一種被認為是完全行之有效的橋墩局部沖刷防護措施。本文提出了一種新型防護技術(橋墩周圍四面體透水框架群拋投防護方法)，并采用室內(nèi)水槽實驗和基礎理論分析相結合，運用現(xiàn)代量測技術，對橋墩周圍流場水力特性進行系統(tǒng)的研究，然后，對比分析了新型防護技術的具有好的防護作用和傳統(tǒng)防護措

2、施的不足的原因，獲得如下有價值的研究成果： 1．橋墩周圍流場特性研究 a．本論文研究認為，橋墩對上、下游水流的影響范圍分別為3.21D和6.86D(D為橋墩寬度或直徑)；橋墩局部沖刷的起始位置不受水流特征因素的影響；且位于橋墩邊緣與水流方向約成±100°角處；引起橋墩周圍床面起始沖刷的是橋墩前緣附近側向壓力梯度驅使下的橋墩繞流，而不是下降水流和馬蹄形旋渦。 b．隨著沖刷過程的持續(xù)進行，水流的紊動變得更加劇烈。而沖

3、刷坑深度的增加量會減小，直至平衡。得到橋墩局部沖刷防護工程應該在沖刷開始之前實施的結論。 c．h<,0>/D主要影響橋墩周圍水流的沖刷能力。當h<,0>/D減小時，逆時針方向旋轉的表面旋滾與順時針方向旋轉的馬蹄形旋渦的作用強度也減弱了；當相對水深取4.0≥h<,0>/D≥3.0區(qū)間內(nèi)的某一值時，可以認為沖刷坑深度不受水深的影響。 2．四面體透水框架群防護后橋墩周圍流場特性研究 a．研究認為可以不考慮桿件的截面形狀

4、對防護效果的影響。框架的最優(yōu)布置形式應為尖頭迎水，其內(nèi)部Z方向的逆向壓力會阻止床面泥沙在滲流壓力的驅使下從框架體桿件之間的空隙流失。 b．研究了透水框架群防護后橋墩周圍流場的特性、h<,0>/D和u/u<,c>對四面體透水框架群防護能力的影響，以及從四面體透水框架群對水流影響特性上了解到其防護機理。 3．四面體透水框架群破壞形式和防護參數(shù)研究 a．對四面體透水框架群拋投防護后影響局部沖刷坑深度的各種特征因素(行近

5、流速u、水深h<,0>、泥沙起動流速u<,c>、泥沙中值粒徑d<,50>橋墩寬度或直徑D、四面體透水框架群的桿件體積率η、框架群的相對放置高度y和框架群布設范圍c等)進行了分析，提出了衡量四面體透水框架群拋投防護效果的抗沖系數(shù)T<,g>的定義。 b．對框架群的整體破壞形式和邊緣破壞形式進行了定義。提出了錨固或串接四面體透水框架來遏制整體破壞的發(fā)生、增大四面體透水框架群的防護范圍減輕邊緣破壞程度的方法。首次發(fā)現(xiàn)了被淘底塌落后四面體