山区河道型水库滑坡涌浪对桥梁作用的试验研究

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滑坡涌浪危害极大,水库库区滑坡可直接摧毁路径上的桥墩,滑入水中产生的涌浪可能拍打到桥面,也会作用在桥墩上使其失稳倾覆。前人研究了很多滑坡涌浪的特性以及对库区建筑物的影响,但鲜有研究滑坡涌浪对桥梁的作用。虽然海洋墩柱结构的波浪力研究由来已久,但是到目前为止,作用在墩柱结构上的波浪力仍然无法完整有效地描述,况且库区滑坡涌浪与海洋风浪、水波等其他波浪的形成机理及形态结构差异巨大,所以很有必要进行库区滑坡涌浪对桥梁作用的研究。本文以三峡库区涪陵长江二桥为研究对象,取尖端形桥墩进行研究,通过物理模型研究滑坡涌浪对桥梁的作用。因各种试验工况所测涌浪爬高均未达到桥面,故本文主要针对桥墩进行研究,取得的结果适用于尖端形截面墩柱桥梁,主要研究成果有以下几点:
  (1)发现了桥墩所受波压可分为冲击波压和涌浪波压两种,其形成原因和波压形态差异较大,冲击波能主要聚集于主波向上,冲击波压沿水深分布规律分三种:单峰、多峰和无峰,冲击波压在水面附近为0,沿水深均为先增大后减小,桥墩中部冲击波压威胁最大。
  (2)首浪作用下的波峰与波谷差值,即首浪波压,一定水深条件下可近似看作沿水深不变,通过分析确定了主要影响因素,并且分析了各影响因素对波压的影响;运用孤立波的叠加来研究涌浪,各质点具有几乎相同的速度,这一结论与首浪波压沿水深分布规律较为符合。冲击波压仅存在于主波向上,仅有对岸桥墩受冲击波压影响,且桥墩中部所受冲击波压最大。
  (3)最大动水压强随水深变化且其分布规律有所不同。116cm高水位(175m正常蓄水位)时最大动水压强呈波动性多峰值分布,88cm中水位(155m枯水期消落水位)时沿水深先增加后保持不变,74cm低水位(145m汛期防洪限制水位)近似呈线性分布。同岸桥墩的最大动水压强最大值位于静水面处,对岸桥墩的最大动水压强最大值位于静水面以下16m~23m。在浅水情况下,同岸桥墩的最大动水压强要大于对岸;深水情况下其规律正好与浅水相反。分析各影响因素后发现,滑坡体宽度这一影响因素占据主要位置,并给出了静水面位置最大动水压强的计算公式及其他位置与静水面位置最大动水波压比值范围。
  (4)不同水深截面位置处桥墩周向波压的分布规律各不相同,在116cm水位截面(静水面)位置,迎波面、背波面和侧面均有最大值出现,在88cm水位浅水层(水下28cm)位置最大值在迎波面和侧面,在74cm深水层(水下42cm)位置为背波面最小,其他各面相差不大。分析了滑坡体参数及库水深度对周向波压的影响,并给出了工程设计建议。
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