沿河公路路基冲刷的丁坝群防护设计研究

在山区沿河路基的冲刷防护构造物中,丁坝具有挑流、导流的作用,它通过改变水流结构,使水流偏离被防护的路基或将被冲刷区域变为淤积区,达到路基防护的目的;同时,坝头会受到水流的强烈作用,出现局部冲刷坑,冲刷深度过大,可能导致丁坝毁坏。显然,丁坝坝后回流区长度是确定丁坝防护范围和对水流影响区域的主要依据,而     

对黄河根石走失原因的分析及建议

多年的实践证明,发生根石走失的主要原因为坝岸根石深度不够,水流淘刷形成的坝前冲刷坑,使坝体发生裂缝和蛰动;坝岸遭受急流冲刷,水流速度过高,超过保护层单体的起动流速,将根石等料物冲揭剥离;新修坝基础尚未稳定,而且河床多沙,在水流冲刷过程中,使新修坝岸基础不断下蛰出险。本文对黄河根石走失的原因进行了分析,提出了建议。     

丁坝群间取水建筑物局部流场及其冲淤变形的试验研究

本文结合黄河宁夏某河段丁坝群间设置取水建筑物的工程实际,采用正态动床模型,研究了丁坝群掩蔽条件下取水建筑物附近的流场特性及其局部冲淤变形规律.研究表明,丁坝群间设置取水建筑物,其局部流态及冲淤变形主要受到丁坝间回流及坝后扩散主流的控导.现状条件下,取水建筑物前流态不受回流的影响,回淤泥沙不危及取水安全,而扩散主流顶冲取水建筑物,形成较大局部冲刷;设置上挑式淹没构筑物,可极大减轻局部冲刷,比较了几种上挑式减冲设施,得到了较优化的体型及上挑角;合理下延上丁坝可有效发挥丁坝对水流的控导作用,既可形成有利的取水态势,又可减小顶冲作用,有效缓解局部冲刷.研究成果可为类似的工程实际提供参考.     

考虑水流紊动的丁坝下游回流区水流挟沙力研究

研究复杂流态下丁坝回流区水流挟沙力的变化规律,对于优化丁坝设置具有重要的意义.基于丁坝水流紊动实验所得主流区、回流正流区和回流负流区的水流紊动强度,利用水流切应力和流速的关系,建立了考虑水流紊动强度的丁坝回流区水流挟沙力公式.利用此公式解释丁坝后的淤积现象、三峡永久船闸上引航道口门区淤积以及桥墩后部漩涡冲刷现象,并给出不同紊动强度下主流区、正流区和负流区不淤流速.公式可用于回流河段泥沙数值模型中.     

桩柱式双丁坝局部水流结构及冲淤规律的试验研究

桩式透水丁坝是一种新型河道及航道整治建筑物,本文针对桩式透水丁坝群中对水流影响最大的前2座丁坝分别进行定床和动床模型试验,在前人研究的基础上,主要分析透水率的变化对双丁坝流场分布的影响规律,并运用Surfer软件绘制了河床地形图,探讨透水率变化对双丁坝局部冲淤的影响规律,发现第2座丁坝坝根附近的横向冲槽、坝头冲刷深度和坝后淤积体在发生程度上均弱于第1座丁坝;随透水率的增大,2座丁坝的坝头最大冲刷深度均减小,同时两坝间的淤积作用也减弱,不利于护岸促淤,推荐透水率为30%。     

淹没丁坝附近的水流流态

以水槽试验为基础，对淹没丁坝附近的水流现象进行了定性描述。采用量纲分析的方法，结合试验资料提出了过坝流量的计算公式、坝前最大壅水值的计算公式；并由动量方程导出了丁坝下游主槽平均流速沿程变化公式，并以此为基础，讨论了丁坝恢复段长度。     

丁坝回流区水流紊动强度试验

丁坝是一种河道整治及护岸工程的设施。为研究丁坝回流区水流的脉动特性和冲刷机理,对玻璃水槽内丁坝回流区水流进行了测量。用三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)测量三维脉动流速。分析了丁坝后3个流区(主流区、回流正流速区和回流负流速区)的紊动强度。结果表明:丁坝后回流区纵向紊动强度明显增强,且回流正流区大于回流负流区。主流区、回流正流速区和回流负流速区的3个流区纵向紊动强度均以对数形式沿程减弱,至回流结束一段距离后恢复到无丁坝状态。     

水流对破坏后河床演变的作用

河床因自然或人为作用会发生破坏。将破坏后河床地形概化为三角形坑,通过水槽试验和数值模拟研究了清水和动床两种水沙条件下坑形河床的演变。采用垂向二维水流数学模型计算得到了不同时刻下坑周围的流速与河床切应力分布,分析了导致河床演变的原因。研究表明:清水冲刷条件下破坏后河床仅在坑缘口处有冲刷侵蚀,是由于此处强切应力所致;动床冲刷条件下坑内流速很小,坑上游来沙在坑内淤积,同时坑下游边坡长距离冲刷显著;河床演变达到平衡状态时,局部切应力仍大于均匀流切应力。     

受漩涡作用的水下块石的起动流速

研究绕丁坝水流对坝前河床的冲刷有重要的工程现实意义。在总结以往对冲刷机理研究的基础上,提出漩涡吸附力是引起块石起动的重要因素。通过对流场中竖轴漩涡的分析,简化求解了漩涡对块石的吸附作用力。对块石重新进行受力分析,导出了漩涡作用下新的泥沙起动流速公式。得到的起动流速比经典公式得到的值要小,证明漩涡作用使得块石更容易起动,因而在分析块石受力时不可忽略。结论对探究丁坝坝头冲刷及其他类似的坝头、堤头冲刷稳定计算都有参考价值和启发性。     

桩式丁坝局部冲刷深度试验研究

针对桩式丁坝局部冲刷特性及其最大冲刷深度,在总结前人研究的基础上,进行了桩式丁坝清水冲刷动床试验.试验中挑角范围在30—135°之间,透水率范围在0—40%之间,通过试验分析了其冲刷坑形态,冲刷深度影响因素和机理.研究结果表明:桩式丁坝局部冲刷坑呈"V"形槽状,最低点位于桩根附近,整个冲刷槽最大冲刷深度位于坝头,由绕坝水流所导致.冲刷深度随河宽缩窄率增大而增大,随透水率增大而减小,正挑时丁坝的冲深最大,同时还与Fr和床沙级配有关.最后,通过量纲分析建立了非淹没桩式丁坝局部最大冲刷深度的计算公式,该式将桩式丁坝冲刷深度与其影响因素直接联系起来,能够定量反映其影响规律,其计算结果与试验数据符合良好,可为实际工程设计提供参考依据.     

水流强度对淹没式方桩局部冲刷特性的影响

为研究不同水流强度作用下淹没式方桩的局部冲刷特性及流场变化,开展了非均匀沙条件下的桩基局部冲刷试验,分析了桩周的冲刷地形、冲刷深度变化规律;利用OpenFOAM对不同水流强度下的桩周流场进行了模拟,讨论了桩前马蹄涡、桩周回流和下降水流的分布特点。结果表明:在清水冲刷条件下,桩周的冲刷坑深度、沙丘高度和受冲刷影响区域大小均随水流强度的增大而增大;在平衡冲刷地形下,高水流强度冲刷后桩周流动更加复杂,冲刷坑内的涡流强度大幅度提高;当水流强度接近1时,粗颗粒泥沙对细颗粒的屏蔽效应会在一定程度上影响桩周最大冲刷深度。     

90°弯道T型丁坝水力特性和数值模拟研究

利用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω涡粘紊流模型,研究在无丁坝、直线型丁坝、T型丁坝三种工况下90°弯道水流中的水力特性.研究结果表明:与直线型丁坝相比,T型丁坝下游形成的回流区长度约缩短15%,宽度约缩窄25%;对水面壅高、横纵比降的影响程度较小,且将横向环流移向河道中心,更加合理的减轻环流对岸边的水毁破坏;河床切应力突增率低于直线型丁坝,强度顺河道向下游衰退更快.综合比较,T型丁坝是一种优于直线型丁坝的坝型.     

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。     

坝头形式对丁坝附近水流结构的影响分析

为探讨坝头形式对丁坝附近水流结构的影响,建立三种坝头形式的正挑丁坝,采用三维数学模型进行模拟,分别从自由液面、流速分布、回流场尺寸、漩涡及紊动能5个方面分析.研究表明:方形直头丁坝附近自由液面变化趋势与其他两种形式丁坝略有不同;坝头形式对丁坝近底床流速影响显著;圆弧直头丁坝的影响程度与扇形直头丁坝相差不大,其有效影响范围较方形直头丁坝小;各丁坝坝后均形成横轴漩涡,扇形直头丁坝与其他两种丁坝不同,形成两个不同方向的横轴漩涡;方形直头丁坝、圆弧直头丁坝、扇形直头丁坝的紊动能最大值依次减小,并且紊动区域呈现出向上游移动的趋势.     

丁坝与挡土墙配合防护沿河公路路基机理分析

山区沿河公路常由于弯道水流冲刷而发生水毁.为进一步认识丁坝和挡土墙配合这一沿河路基水毁防治方案的防护机理,采用现代三维运动界面追踪技术VOF(volume of fluid)方法和标准k-ε模型耦合求解,对圆心角为90°弯道中设置丁坝的三维流场进行了分析研究,指出丁坝和挡土墙配合防护沿河路基是通过改变弯道水流的流场结构,使水流偏离被防护的路基或将冲刷区变为淤积区,从而达到冲刷防护目的的.     

漫水丁坝和丁坝群防护的试验研究

根据水工模型试验研究和工程现场考察,对漫水丁坝附近的水流结构,河床变形的特点进行了分析和研究;以不漫水丁坝为基础,提出了漫水丁坝冲刷深度的计算方法;从总结工程实践经验出发,提出了关于坝型、不同地区、不同河段等条件下修建漫水丁坝及丁坝群方面的建议。     

单双正挑丁坝平面二维回流数值模拟与验证分析

以平面二维水深平均浅水方程为基本依据,引入k-ε湍流模型.对非淹没状态下的单双正挑丁坝分别进行回流数值模拟,单丁坝模型计算分析结果与Nawachukwu的单丁坝实验吻合良好,能够准确模拟发生冲刷位置及范围,说明模型的可靠性;双丁坝模拟计算分析得出在合理间距下双丁坝较单丁坝的水流流态更平缓.因此本文建立的数学模型具有较高精度,能够用于实际河道的丁坝流场研究.     

双丁坝合理间距的试验研究

桩式透水丁坝群是一种新型结构丁坝,目前在河道整治工程中大量运用。为探讨工程设计中前二座丁坝的间距布设问题,对前二座丁坝的设计间距、透水率、坝长等因素进行了动床模型试验,运用Surfer8.0软件绘制河床地形图和三维效果图,分析结果表明:双丁坝比单个丁坝运用条件下能更好地控制河道整治线,同时第2座丁坝也会产生弱于第1座丁坝的横向和纵向冲刷槽;丁坝间距的确定原则为坝后不冲、主流不淤和坝体自身稳定。经试验观测和原型验证,推荐顺直河道的合理间距为1.5~2.5倍坝长。     

泥石流拦砂坝下游局部冲刷研究现状及展望

下游局部冲刷是影响泄水建筑物、泥石流拦砂坝安全运行的共同危害形式之一.对泄水建筑物与泥石流拦砂坝下游局部冲刷的准确认识,是防治下游局部冲刷的依据.以泄水建筑物与拦砂坝下游局部冲刷为研究对象,对下游局部冲刷坑深度计算、冲刷动力来源—水舌和泥舌的研究现状进行阐述与分析.总结得出:对泄水建筑物下游局部冲刷坑深度的计算已有较多计算公式及预测模型,关于其冲刷动力来源—水舌的水力特性也有较全面研究;拦砂坝下游局部冲刷的研究大多借鉴水利工程上的研究成果,然而泥石流属于非牛顿流体、不同于水流,并不能将泄水建筑物下游局部冲刷的研究成果简单应用于泥石流中。此外,对拦砂坝下游局部冲刷的动力来源—泥舌的水力特性认识不够充分.鉴于拦砂坝下游局部冲刷研究中存在的不足,探讨了未来可开展的工作:①基于物质组成和流速分布的泥舌水力特性研究;②基于动力演变过程的泥舌冲击力特征研究;③基于泥石流动力学过程的拦砂坝下游冲刷坑参数计算方法研究.     

丁坝挑角等参数对坝头冲刷深度的影响

丁坝是山区沿河公路冲刷防护的常用构造物，坝头冲刷深度是丁坝设计的一个重要参数。影响坝头冲刷深度的因素很多，其中丁坝的挑角、漫水高度以及边坡系数对坝头冲刷影响很大。在分析上述参数对丁坝水流结构和冲刷特性的影响基础上，通过室内模型试验，对不同条件下的丁坝冲刷规律、特点进行观测。根据大量试验数据，并以不漫水板式正挑丁坝为基本研究对象，分析后得到了三个影响参数对丁坝冲刷深度的作用特点，建立了影响系数的计算公式。