长江感潮河段桥墩冲刷研究

发布时间：2017-06-15 03:11

  本文关键词：长江感潮河段桥墩冲刷研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥梁建筑水毁的诱因大多是桥墩局部冲刷,关于桥墩局部冲刷的相关研究已成为国内外学者广泛关注的焦点。而且,自上个世纪初叶以来,长江拦、蓄、引、调水利工程逐渐增多,导致下游河床冲刷,必然对桥墩冲刷产生不可忽视的影响。另外,随着河口及沿海地区经济的快速发展,跨江、跨海大桥工程不断涌现,其大型桥墩结构种类增多,加之其地处潮流控制区域,水流运动形式为复杂的双向流,原有局部冲刷深度公式难以适用,所以急需对潮流作用下桥墩冲刷进行深入研究。桥墩冲刷研究方法一般可分为原型观测、物理模型实验和数值模型实验,目前采用较多的是物理模型和数值模型,然而水下自然因素格外复杂多变,导致实验结果无法充分体现实际冲刷情况,而原型观测却可以准确提供桥墩冲刷现状,是研究当前桥墩冲刷不可或缺的手段。为了保证桥梁的安全,有必要运用新的观测手段对众多水利工程建设、运营影响下的桥墩冲刷地形进行有效观测,深入桥墩局部冲刷的研究。本文运用多波束测深系统,对长江感潮河段铜陵长江公路大桥、芜湖长江大桥、大胜关长江大桥、南京长江大桥、南京长江第二大桥、南京长江第四大桥和上海长江大桥等7座大桥桥墩冲刷地形及周边床面地貌进行高精度观测,并利用多普勒声学流速剖面仪ADCP进行走航流速观测和北港洪枯季定点水文观测,研究各桥梁桥墩冲刷坑几何形态及局部冲刷深度,再结合常用桥墩局部冲刷深度计算公式的结果,分析比较各公式实用性。收集了三峡工程蓄水前后时期的长江口航行图及历史海图资料,通过分析桥梁所处河段等深线和横断面变化特征,探讨重大水利工程对桥墩冲刷的影响,这将为桥墩局部冲刷研究提供基础数据,并为预测重大水利工程影响下长江感潮河段桥墩最大冲刷深度提供参考依据。主要研究结果如下：1、径流与潮流作用下桥墩冲刷坑形态不同。径流作用下大型圆形围堰桥墩(铜陵长江公路大桥、芜湖长江大桥、南京长江大桥、南京长江第二大桥)冲刷坑形态呈前深后浅的“C”型;潮流界以下潮流作用下桩基承台桥墩(上海长江大桥)冲刷坑形态呈“双肾”型；径流与潮流作用下的长矩形桥墩(大胜关长江大桥、南京长江第四大桥、上海长江大桥),其冲刷形态除了桥墩处存在局部冲刷坑以外,在局部冲刷坑的外侧还存在因水流与桥墩整体作用而形成的床面冲刷坑。2、水流形态与桥墩结构对桥墩局部冲刷深度的影响。各桥墩实测最大局部冲刷深度：铜陵长江公路大桥4#墩为14.6 m,芜湖长江大桥11#墩为12.2m,大胜关长江大桥6#墩为10.6m,南京长江大桥8#墩为7.6 m,南京长江第二大桥(南汉)南塔墩为14.8m,南京长江第四大桥南塔墩为7.3 m。上海长江大桥南、北主墩分别为2.7m和4.2m。径流作用下的桩基承台桥墩(南京长江第四大桥)最大局部冲刷深度小于围堰桥墩(铜陵长江公路大桥、芜湖长江大桥、大胜关长江大桥、南京长江大桥、南京第二长江大桥)最大局部冲刷深度；潮流作用下桩基承台桥墩(上海长江大桥)的最大冲刷深度小于径流作用下的桩基承台桥墩(南京长江第四大桥)最大冲刷深度；长矩形桥墩(大胜关长江大桥、南京长江第四大桥、上海长江大桥)外侧最大床面冲刷深度为桥墩局部冲刷最大深度的47%-155%。3、改进潮流作用下沙波分布区桥墩局部冲刷深度计算公式。针对潮流作用下上海长江大桥桥墩位处沙波床面,在前人提出的潮流作用下沙波床面桥墩局部冲刷改进计算公式基础上,提出了使用推移质起动流速代替沙波整体起动流速的潮流作用下沙波分布区桥墩局部冲刷深度改进公式,并基于ADCP实测推移质运动速度与流速的相关性,确定推移质起动流速。并利用该推移质桥墩局部冲刷深度计算改进公式与《公路工程水文勘测设计规范》推荐的65-2式、65-1修正式,共同计算潮流作用下桥墩局部冲刷深度,将计算结果进行比较分析,发现本文改进公式计算结果最接近实测值,该公式可为潮流作用下沙波分布区的桥梁设计和运行安全提供重要的参考依据。4、流域重大水利工程导致桥墩冲刷加剧。三峡工程蓄水以来,坝下输沙量减少,通过1998年与2013年水深数据对比分析,发现三峡工程蓄水后下游感潮河段7.座大桥所处河床均发生了冲刷,桥墩安全堪忧。铜陵长江公路大桥#、5#墩附近河床平均冲深1.7 m；芜湖长江大桥4#～12#墩附近河床平均冲深3.4m；大胜关长江大桥7#-9#墩附近河床平均冲深8m；南京长江大桥2#～5#墩附近河床平均冲深2.2 m,6#、7#墩附近河床平均冲深2.8 m；南京长江第二大桥(南汉)南塔墩附近河床平均冲深2.6 m；南京长江第四大桥桥墩附近河床冲淤变化不明显；上海长江大桥南、北主墩附近河床冲深约3.2 m。
【关键词】：长江感潮河段 多波束 桥墩局部冲刷 河床冲淤变化 三峡工程
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.32
【目录】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-19
• 第一章 绪论19-27
• 1.1 研究意义19
• 1.2 相关研究发展与现状19-24
• 1.2.1 桥墩局部冲刷19-22
• 1.2.2 桥墩局部冲刷的研究方法22-23
• 1.2.3 桥墩局部冲刷主要计算方法23-24
• 1.2.4 重大水利工程对桥墩冲刷影响研究24
• 1.3 研究目标、研究内容及技术路线24-27
• 1.3.1 研究目标24-25
• 1.3.2 研究内容25-26
• 1.3.3 技术路线26-27
• 第二章 研究区域概况与桥梁简介27-33
• 2.1 研究区域概况27-29
• 2.1.1 水文特征28
• 2.1.2 潮汐、潮流28-29
• 2.2 长江感潮河段桥墩结构29-33
• 2.2.1 铜陵长江公路大桥29-30
• 2.2.2 芜湖长江大桥30
• 2.2.3 大胜关长江大桥30
• 2.2.4 南京长江大桥30-31
• 2.2.5 南京长江第二大桥(南汊)31
• 2.2.6 南京长江第四大桥31
• 2.2.7 上海长江大桥31-33
• 第三章 数据获取与处理33-39
• 3.1 数据获取33-36
• 3.1.1 多波束水深数据33-35
• 3.1.2 流速数据35
• 3.1.3 沉积物采集35-36
• 3.1.4 航行图与海图资料36
• 3.2 数据处理36-39
• 3.2.1 多波束数据处理36
• 3.2.2 水文数据处理36
• 3.2.3 沉积物处理36
• 3.2.4 推移质速度估算36-37
• 3.2.5 航行图与海图数字化37-39
• 第四章 桥墩冲刷实测结果与分析39-61
• 4.1 径流作用下桥墩冲刷39-48
• 4.1.1 桥梁附近流速及径流量40
• 4.1.2 桥墩区域床面形态特征40-43
• 4.1.3 实测冲刷坑形态43-46
• 4.1.4 实测桥墩局部冲刷深度46-48
• 4.2 潮流作用下桥墩冲刷48-57
• 4.2.1 北港流速及径流量48-49
• 4.2.2 北港及其邻近水域推移质运动速度49-53
• 4.2.3 上海长江大桥桥墩区域床面形态特征53-54
• 4.2.4 上海长江大桥桥墩冲刷坑形态54-55
• 4.2.5 上海长江大桥桥墩局部冲刷深度55-56
• 4.2.6 上海长江大桥桥墩南北侧冲刷坑差异56-57
• 4.3 长江感潮河段桥墩冲刷特征分析57-61
• 4.3.1 桥墩冲刷坑形态特征57-59
• 4.3.2 桥墩局部冲刷深度59-61
• 第五章 桥墩局部冲刷深度计算与分析61-67
• 5.1 桥墩局部冲刷深度计算方法61-63
• 5.1.1 65-2计算公式61-62
• 5.1.2 65-1修正计算公式62
• 5.1.3 沙波改进计算公式62-63
• 5.1.4 推移质改进计算公式63
• 5.2 径流作用下桥墩局部冲刷计算与分析63-65
• 5.3 潮流作用下桥墩局部冲刷深度计算与分析65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 重大水利工程对长江感潮河段桥墩冲刷的影响分析67-84
• 6.1 铜陵长江公路大桥67-70
• 6.1.1 大桥所在河段等深线变化特征68
• 6.1.2 大桥所在河段河槽横断面变化特征68-70
• 6.2 芜湖长江大桥70-72
• 6.2.1 大桥所在河段等深线变化特征70-71
• 6.2.2 大桥所在河段河槽横断面变化特征71-72
• 6.3 大胜关长江大桥72-75
• 6.3.1 大桥所在河段等深线变化特征73
• 6.3.2 大桥所在河段河槽断面变化特征73-75
• 6.4 南京长江大桥75-77
• 6.4.1 大桥所在河段等深线变化特征76
• 6.4.2 大桥所在河段河槽断面变化特征76-77
• 6.5 南京长江第二大桥(南汉)77-80
• 6.5.1 大桥所在河段等深线变化特征78
• 6.5.2 大桥所在河段河槽断面变化特征78-80
• 6.6 南京长江第四大桥80-82
• 6.6.1 大桥所在河段等深线变化特征80-81
• 6.6.2 大桥所在河段河槽断面变化特征81-82
• 6.7 上海长江大桥所在河段断面变化特征82-83
• 6.8 本章小结83-84
• 第七章 结论与展望84-87
• 7.1 本文结论84-86
• 7.2 不足与展望86-87
• 参考文献87-92
• 硕士期间参与科研项目情况92
• 硕士期间发表学术论文情况92-93
• 致谢93-94

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