谈河床的允许冲击动水压力

拱坝坝身及泄水挑流工程在泄洪时，射流落入下游并冲击河床，在河床面上产生动水压力。在工程水力设计中，河床面上动水压力的大小及其承载能力，是设计者十分关心的问题。本文通过原型挑流冲刷资料的分析，对河床允许冲击动水压力进行了探讨。     

模型桥墩局部冲刷瞬时地形数据自动获取装备研制

模型试验中冲刷地形测绘装备相对落后,致使桥墩周围局部冲刷瞬时地形数据无法实时获取,冲刷动态发展过程及机理的模型试验研究工作难以开展。研制了一种模型桥墩局部冲刷瞬时地形数据等值线自动绘制装备,并利用室内水工模型试验优化了各组成的性能指标,量化了绘制装备的设计参数,分析了监测系统在模型应用中的测绘精度及在工程原型中的适用性。模型试验研究表明,该装备结构简单,操作方便,加工制作成本较低,精度及灵敏性较高,能够快速获取动态过程中局部冲刷瞬时地形等值线,适用于局部冲刷发展影响流场特性研究中的水下地形快速测绘,也可按放大比尺制作成型后应用于涉水建筑物周围水下地形监测。     

大潮差河口闸下水流的流动特性分析

福建数座河口水闸发生剧烈淘刷,闸上游和下游的最大冲刷深度达到闸室高度的0.5~1.2倍,且屡修屡毁。有的水闸经多次除险加固后,不得不再花巨资重建。通过数学模型和物理模型揭示了河口水闸下游水位因受东海大潮差海潮影响发生剧烈波动时的变化规律,发现了水闸泄流过程中的间歇性淹没及非常工况甚至出现逆流的独特流动现象,给出了典型日孔流及堰流泄流能力动态变化过程线,分析了消能工变化对闸址水流结构的显著影响,并对水闸水毁修复前后闸下冲刷进行了预测。结果表明:水闸修复前闸下涨急最高水位4.53 m,修复后下降0.67 m,水闸修复后逆流现象减弱。修复后首次水跃位置往上游移动了35 m,平均水跃高度下降47.46%,闸后及二级池末端最大流速2.27 m/s和0.08 m/s,较修复前分别下降了40.58%和96.48%。常遇泄流条件下,水闸的淹没度和泄流能力呈现不断变化的动态过程。当西溪水闸62#先启孔全开,上游保持正常高水位3.2 m,下游为最低潮位-0.72 m时,修复后最大冲刷深度减少64.48%,消能防冲效果十分明显。研究成果对河口水闸安全运行具有一定的参考价值。     

森林植被改善对鄱阳湖流域径流和输沙过程的影响

以河流基流为切入点,研究流域植被调节径流、水土保持等微观作用影响大中型河流湖泊径流过程和水沙过程宏观效应的机理。鄱阳湖流域60年来天然降水没有发生趋势性变化。流域森林覆盖率由34.73%上升到63.00%,植被质量改善,赣江等入湖河流基流增加83 m~3/s,河流输沙量减少。2000年以后和2000年以前相比较,枯水期降水径流系数增大,年流量过程平坦化,一定程度上减小洪灾风险,有利于水资源利用和生态环境保护。2001年以后进入鄱阳湖泥沙平均每年减少1 007×10~4t;出湖泥沙增加314×10~4t。因此,鄱阳湖入江水道由淤积转变为冲刷,但出湖流量过程没有趋势性变化。     

变截面方形桥墩折冲效果数值模拟

为研究方形桥墩截面变化对局部冲刷特性的影响,通过建立桥墩局部冲刷三维数学模型,对方墩前端不同伸出台阶宽度及相应倾斜坡度情况下的冲刷特性展开模拟研究。结果表明:相较于方墩,墩前伸出一定台阶宽度的结构形式具有较好的折冲效果,但其折冲效果并非随着伸出宽度的增加而增加,墩前伸出台阶宽度约在墩宽的2/3时折冲效果最优;同时,通过在伸出台阶宽度基础上增加倾斜坡面的截面优化处理,得出倾斜坡面高度在床面以上0.4h（h为水深）情况下,随着台阶伸出宽度的增加其折冲效果呈增加趋势,且具有比仅伸出台阶宽度的截面结构形式更优越的折冲效果,最大折冲率高达38%。研究结果可为桥墩结构形式与抗冲防护的综合研究,尤其是大型桥墩基础结构的优化提供参考。     

跨河桥梁桥墩冲刷透水六脚体防护施工

文章运用65-1改进公式计算了某横跨内河的小型桥梁桥墩周围的最大冲刷坑深度,利用透水六脚体对桥墩进行了局部冲刷防护并进行了优化设计,最后分析了桥墩局部冲刷透水六脚体防护工程的防护效果。     

护滩带边缘局部冲刷深度计算公式初步研究

长江航道整治工程广泛采用软体排护滩,简称护滩带,当护滩带边缘压载结构不同时,边缘外的局部冲刷会发生变化。采用水槽试验的方法,研究了不同压载体护滩带边缘的局部冲刷规律。研究发现,护滩带边缘冲刷深度随水流流速与泥沙起动流速之比的增加而增大;当排体外不铺设压载体时,排体上压载体透水率越大,局部冲刷深度也越大;当排体外铺设压载体时,局部冲刷深度随压载体铺设宽度的增大呈先减小,后变化不大的特点;当排体上压载体结构和排体外压载宽度相同时,排体外压载体透水率越大,局部冲刷深度也越大。依据试验资料,选取反映水流、河床及压载结构条件的因子,建立了具有一定精度的计算排体护滩带边缘局部冲刷深度的经验公式。     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

黄河中游“揭河底”冲刷机理分析

黄河中游的高含沙洪水常会引起河床的"揭河底"冲刷。根据力学基本原理,考虑淤积物受到的重力、浮力和沙粒之间薄膜水附加下压力、黏着力等的影响,利用淤积物失稳临界受力平衡条件推导出了均匀流态下分层淤积物失稳临界瞬时底速表达式。经模型试验数据及原型观测数据检验,结果吻合较好。     

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。