[发明专利]一种双墩柱局部冲刷特性的确定方法有效
申请号: | 201410729082.3 | 申请日: | 2014-12-04 |
公开(公告)号: | CN104502060A | 公开(公告)日: | 2015-04-08 |
发明(设计)人: | 唐洪武;王浩;刘全帅;王瑶;刘震;张立;何智博 | 申请(专利权)人: | 河海大学 |
主分类号: | G01M10/00 | 分类号: | G01M10/00;G09B23/12;G06F19/00 |
代理公司: | 南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204 | 代理人: | 李晓 |
地址: | 211100江苏*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 双墩柱 局部 冲刷 特性 确定 方法 | ||
技术领域
本发明属于涉河工程技术领域,涉及桥墩冲刷问题,具体涉及一种双墩柱局部冲刷特性的确定方法。
背景技术
天然河道中桥梁的兴建必然导致桥墩附近水沙状况的变化。墩前向下水流、墩侧马蹄涡及墩后尾涡等水流结构的出现,使墩柱周围床面出现相应调整从而形成冲刷坑,危及建筑物自身的稳定和安全,并对附近河段的河势产生影响,因此桥墩冲刷在工程实践中受到特别的重视。随着近年来社会经济的发展,河流上的桥梁数量不断增多,在城市河段更为密集,使得在水沙特性变化的问题上,桥梁之间的累积影响日益凸显,这对城市防洪安全、航运问题、桥梁自身安全等都形成新的威胁。由于在以往研究中研究对象多为单个桥墩或单座桥梁,对于桥梁群的相关研究亟待展开,就桥墩冲刷问题而言,在桥梁群条件下必定表现出与单个桥墩或单座桥梁迥异的特性,因此需要予以确定。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种双墩柱局部冲刷特性的确定方法,为桥梁群的合理规划及优化布置提供参考,并为揭示涉河工程群累积影响提供依据。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明提供的一种双墩柱局部冲刷特性的确定方法,在可变坡循环玻璃水槽中进行简化模型试验,通过改变上下游墩柱间距及水流条件设置试验工况,以上下游墩柱局部冲刷坑深度为特征参量,分析不同间距条件下冲坑深度~水流强度的关系与单墩柱条件下的区别,进而具体分析上下游墩柱冲刷特性。
具体地,将不同墩间距条件下冲坑相对深度与相对流速的试验数据绘制于同一图中,根据试验点与单墩柱冲刷规律偏离程度间的不同进行分区:
1)床面平整区:整个床面均无冲坑形成。
2)同步冲刷区:上下游墩柱同时开始形成冲坑,且符合单一墩柱冲刷特性,这时上下游墩柱的冲刷特性均可由下式描述:
式中,ds为冲刷坑深度,D为桥墩墩径,u为来流垂线平均流速,Uc为泥沙起动流速;
3)偏离过渡区:下游墩柱冲坑深度小于相同水流条件下单墩柱冲坑的深度;过渡区范围随着间距的增大先增大后减小,在本次试验中当墩间距为3倍墩径时达到最大。
4)完全偏离区:下游墩柱冲刷特性重新回归到线性规律,且其点据分布与公式(1)的直线呈平行关系,这时下游墩柱的冲刷特性可由下式表示:
其中常数A与墩间距相关。
具体地,采用外贴刻度纸的光滑透明圆柱形有机玻璃管模拟桥墩墩柱,将粒径均匀的石英砂平铺形成床面,铺砂段的两端分别设置水流渐变导板和床沙挡板,通过水泵、闸门及底坡的调节在水槽内获得恒定均匀流,用超声波流量计测量流量Q,用声学多普勒流速仪测量垂线平均流速u,通过桥墩处床面对应刻度的变化测量冲刷坑的深度。
具体地,所述变坡循环玻璃水槽长12m,宽0.42m,高0.7m,其试验段长6m设置在水槽中部;所述有机玻璃管高70cm,外径6cm,外贴刻度纸最小刻度为1mm;所述床面的石英砂粒径为0.70mm,密度为ρs=2.64g/cm3,铺沙厚度为15cm,每次试验前床面均重新铺平;试验水深h选择12cm和15cm两种,桥墩间距d选取0~15倍墩径,共进行试验141组。
具体地,所述每组试验开始前通过水泵预先小流量注入水体,以润湿泥沙并保护床面初始形态,然后通过水泵、闸门及底坡的调节获得恒定均匀流;每组试验持续冲刷至少5个小时,认为冲刷达到平衡。
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