论文摘要
近年来,大量河沙被开采用于建筑工业等领域,在河床上造成了大量的沙坑。沙坑引起水流条件的改变进而导致的河床演变致使许多桥梁毁坏,预测评估沙坑演变对桥下冲刷的影响对于桥梁的安全使用有着重要的意义。本文根据床沙卷吸率的概念及理论,结合一维水流方程和Exner河床变形方程,建立了模拟沙坑演变的一维泥沙数学模型,并通过实测资料对其进行了验证,结果符合良好。利用模型研究了采沙河流中水流的变化及河床演变的规律,并修改模型相关条件模拟计算了桥渡压缩冲刷,然后结合已得到的沙坑演变和压缩冲刷的特点模拟研究了近距离沙坑演变对于桥下冲刷的不利影响。结果表明：(1)沙坑导致了水流、泥沙以及河床相互之间的关系失去平衡。具体表现为由于水力梯度的增大,导致沙坑上游河段的溯源冲刷；沙坑起到蓄沙池的作用而发生淤积；沙坑下游河段由于含沙量的减少而发生冲刷。(2)沙坑上游段溯源冲刷的强度随着离沙坑上缘口距离的增大而减小；沙坑随着前端的逐渐淤积会向下游迁移；当沙坑迁移到沙坑下缘口时,沙坑下游河床变形趋势由冲刷转为淤积。(3)沙坑河床演变的强度会不断降低,随着沙坑的淤平,河床最终会重新达到平衡状态,但此时已造成了河床的下切及水位的下降。(4)不同水流泥沙条件、不同沙坑几何边界条件下的沙坑演变之间有着明显的差异。大体表现为上下游河段的河床冲刷以及沙坑内的河床淤积的强度随着水流流量、沙坑尺度的增大而增大。(5)多个沙坑同时存在时,河床变形比单个沙坑的情形下更加剧烈。位于沙坑之间的河床变形最为剧烈,会逐渐形成上下沙坑群之间的串连。(6)桥渡压缩冲刷跟压缩影响范围边界、压缩比等条件相关。不同影响范围边界对桥下河床变形影响较大,另外桥下河床冲刷程度跟压缩比密切相关,压缩比越小,压缩的程度就越大,冲刷越强烈。(7)桥梁下游的近距离沙坑对于桥下冲刷的影响主要体现为沙坑引起的上游河段溯源冲刷导致的河床下切,桥梁上游的近距离沙坑对于桥下冲刷的影响主要体现为沙坑向下游的迁移。两种工况下的影响程度都跟沙坑与桥之间的距离、沙坑尺度等相关。距离越近、尺度越大,不利影响的程度就越大。