河湾下游斜交桥水流及冲刷特性研究

论文摘要

由于桥梁阻水作用,受河道自然状况、来流条件、桥墩结构、桥址等多方面的影响,桥梁建设对河道的影响作用非常复杂,难以完全从理论上对其进行研究。从目前研究现状来看,对于斜交桥工程后的水流流态、桥墩壅水和冲刷的研究尚不深入,还需对其进行系统的试验和理论分析,而河工模型试验方法是最佳捷径。河工模型试验能够成功地重演天然河流的某些演变过程,并且能够准确的预测和预报修建工程后的河床发展趋势,确定桥前水位壅高和影响范围以及桥墩局部冲刷程度等问题,为河道管理部门和桥渡建设、设计部门提供可靠的依据。本文以某跨河工程为例,进行了河工模型试验。详述了河工模型的设计制作方法,并对多种不同工程方案进行了试验。测量了圆柱型桥墩周围在不同工况下的水流流态、桥前壅水高度和影响范围以及桥墩局部最大冲刷深度。分析比较了圆柱型桥墩在不同墩径和跨度、不同斜交角度等情况下的桥前最大壅水高度、局部最大冲深。通过模型试验结果分析得出:在河湾下游,当流量过程相同时,同一河-桥交角情况下,粗圆柱墩大跨度时桥前壅水高度和墩周冲刷深度大于细圆柱墩小跨径的;对于相同尺寸的桥墩,受桥的走向与河道交角的影响为:河-桥斜交角度越小,工程后产生的水位壅高和冲刷越大,对河床的造床作用越强:另外,对于较小河-桥交角下的研究结果表明,工程的建设减小了由于弯道存在产生的工程断面的左右岸水面比降。鉴于试验结果,建议在桥梁建设中应根据冲深设置桩基埋深,增大安全系数,并对河道下游两岸河堤进行加固防护,确保工程安全运行。同时该试验结果也为其它河工模型的设计提供了重要的参考价值,丰富了桥墩壅水及冲刷的理论研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义及应用前景
• 1.1.1 科学意义
• 1.1.2 工程价值及应用前景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 桥墩壅水研究现状
• 1.2.1.1 野外观测及模型试验
• 1.2.1.2 数值模拟
• 1.2.2 桥墩冲刷研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 工程简介
• 2.1 工程所在河段自然地理概况
• 2.2 气象水文特征
• 2.2.1 气象特征
• 2.2.2 泥沙特征
• 2.3 堤防情况
• 2.4 工程概况
• 第3章 理论分析
• 3.1 河流弯道的水流运动
• 3.1.1 弯道水面形态
• 3.1.2 弯道中流速分布
• 3.1.2.1 纵向垂线平均流速
• 3.1.2.2 水流动力轴线
• 3.1.2.3 纵向流速剖面
• 3.1.3 环流流速分布
• 3.1.3.1 形成机理及环流强度
• 3.1.4 弯道环流输沙计算
• 3.1.4.1 横向输沙率
• 3.1.4.2 弯道横向挟沙力
• 3.2 桥墩壅水
• 3.2.1 桥墩壅水的概念
• 3.2.2 计算壅水高度的几个公式
• 3.3 桥墩冲刷
• 3.3.1 桥墩一般冲刷的概念
• 3.3.2 桥墩一般冲刷计算公式
• 3.3.3 桥墩局部冲刷的机理及影响因素
• 3.3.3.1 桥墩局部冲刷机理
• 3.3.3.2 桥墩局部冲刷影响因素
• 3.3.4 桥墩局部冲刷计算公式
• 3.4 本章小结
• 第4章 试验内容及模型设计制作
• 4.1 实验内容
• 4.2 模型设计与制作
• 4.2.1 模型边界确定
• 4.2.2 模型相似条件
• 4.2.3 模型变态率
• 4.2.4 模型沙选择
• 4.2.4.1 常用模型沙特点
• 4.2.4.2 模型沙选择
• 4.2.5 模型比尺计算
• 4.2.6 模型制作
• 4.3 试验测量设备
• 4.4 验证试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 试验结果与分析
• 5.1 现状条件下模型试验结果分析
• 5.1.1 流势流态分析
• 5.1.2 水位分析
• 5.1.3 冲淤分析
• 5.2 设计方案模型试验结果与分析
• 5.2.1 水流流态分析
• 5.2.2 水位变化分析
• 5.2.3 冲淤深度分析
• 5.3 研究方案模型试验结果分析与比较
• 5.3.1 水流流态分析
• 5.3.2 水位变化比较
• 5.3.3 冲淤深度比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及发表论文和科研情况