渠江丹溪口河段二维水流特性及崩岸过程数值模拟研究

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河岸崩塌作为河流动力学及土力学交叉学科研究的重要问题,不仅与河道近岸水流及冲淤特性相关,还与河岸组成及河岸土体力学特性等因素相关。由于河岸崩退过程影响着岸线开发、河势控制、堤防安全及岸边生命财产安全,因此,需要综合考虑近岸水流动力作用、河岸土体组成、不同水位、坡脚冲刷等因素研究崩岸过程数值模拟,进而研究崩岸变化过程,预测崩岸的时间、范围及趋势,为航道建设与发展提供技术支撑与参考。
  本文主要工作如下:
  (1)以土力学模型为基础,建立能够模拟河岸崩塌的Bstem模型。该模型分为坡脚冲刷计算模块和河岸稳定性计算模块。通过Excel VBA编程建立这两个计算模块。模型首先通过输入边坡形态参数运行宏命令生成河岸剖面,然后结合河岸土体组成特征参数、地下水位及空隙水压力等指标计算得到河岸稳定安全系数Fs。
  (2)以平面二维水流数学模型为基础,嵌入能够模拟河岸崩塌的Bstem模型,建立具有二维水流特性及崩岸过程数学模型。要求该模型在网格划分固定的条件下,能反映不同时期河段近岸水流特性对河岸的影响,而且可以模拟单一或多汊河道的河岸崩退过程。
  (3)以渠江丹溪口河段为例,建立具有二维水流特性及崩岸过程数学模型。对比不同时期丹溪口河段各典型断面近岸沿程水位、水面比降、流速流态变化,同时计算出各典型断面在不同时期时河岸的最大冲刷宽度和冲刷量,进而分析水流坡脚冲刷在河岸崩退过程中的影响。
  (4)在考虑坡脚冲刷、沿程水位变化、河岸土体特性及地下水位等因素下对渠江丹溪口崩岸区各典型断面河岸的崩退过程进行稳定性分析,同时计算出各典型断面在不同时期时河岸崩塌次数、最大崩塌宽度、崩塌量及安全稳定系数Fs的变化情况。
  (5)模拟渠江丹溪口崩岸区岸线及各典型断面在最不利条件下的河岸崩退过程。最后根据丹溪口护岸布置原则,结合二维水流特性及崩岸过程数学模型计算成果及实际踏勘情况,对丹溪口崩岸区提出有效的防护措施。经过丹溪口防护前后冲刷影响及水流特性分析,认为防护效果良好,防护措施有效可行。
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