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本课题采用水力模型试验和数值模拟相结合的方法,针对典型工程,即采用拦沙坝防护的桥墩局部冲刷问题进行研究。
在玻璃水槽单体模型试验中,采用系列模型法,对不同比尺、不同流量和不同拦沙坝形式、平面布置的60多个组次对采用拦沙坝防护的桥墩局部冲刷进行研究。对试验成果进行理论分析,得知在新的水流边界条件下,桥墩局部冲刷除了受加速水流,旋涡扰动,桥墩的形状尺寸,河床的颗粒与级配影响之外,还取决于拦沙坝与桥墩之间的距离与拦沙坝坝顶高程。在量纲分析、相关因素分析的基础上,引入控制底坡的概念来反映拦沙坝对桥墩冲刷的影响,再通过多元回归分析得到了采用拦沙坝防护的宽级配非均匀沙桥墩局部冲刷深度的计算公式。
本课题还采用美国Sontek公司的三维超声波多普勒测速仪(简称ADV测速仪)精细地测量了桥墩冲刷坑的三维流场。并在典型冲坑形态条件下对桥渡附近流场的洪水及冲刷进行三维数值模拟,与ADV测速仪实测结果对照,得到较好的吻合。
通过本课题的初步研究表明,在桥墩下游修建拦沙坝作为遏制浅基桥梁附近河段溯源冲刷的工程防护形式是可行的,拦沙坝减缓桥墩附近局部冲刷的作用非常明显。通过研究提出的具有拦沙坝防护的桥墩局部冲刷深度的计算公式及下游拦沙坝形式、尺寸等参数为浅基桥梁工程防护设计提供了参考依据。