山区顺直河流纵向桥段水流形态特性

发布时间：2020-03-19 21:45

【摘要】：山区高速公路建设中越来越多地采用纵向桥梁方案。纵向桥沿河道布设,桥墩数量众多,里程较长,对河道造成了不同程度的侵占,压缩河流过水断面,不同程度改变河道水流形态,导致河道行洪、泥沙运动不畅,加剧桥墩局部冲刷,对桥梁基础安全造成了严重的威胁。本文针对山区顺直河流纵向桥段水流形态特性,通过现场调查和理论分析,懫用室内模型试验,研究了不同桥墩跨径、纵向桥不同位置及桥墩组不同布设方式对河道水流流速及水位的影响,通过研究取得以下主要研究成果:(1)归纳总结了影响纵向桥段水流形态的主要因素,包括:河流形态、路段形态、桥墩特征、桥墩组布设特征等。(2)桥墩组布设位置对河道水流流速及水位横向分布影响较大。当桥墩组以河道中心线对称布设时,水流流速横向分布近似对称分布;当桥墩组布设在河道一侧时,布设桥墩一侧流速减小,水位升高,另一侧流速增大,水位降低。同时,桥墩周围流速、水位突变,横向分布规律也因此改变。(3)当桥墩布设形式及布设位置相同时,跨径不同时,水流流速及水位的横向分布规律相似。流速、水位沿程变化率均随着跨径的增大而减小。(4)当桥墩跨径和布设位置相同时,桥墩组的布设形式对水流流速及水位的影响差别不大。桥墩组交错布设时流速及水位的变化幅度较平行布设略微减小。(5)对不同跨径水流形态特性分析可得,当在大跨径(30m及以上)纵向桥段,桥墩组对水流流速和水位影响微弱,每排桥墩组单独作用;当在中跨径(20—30m)纵向桥段时,桥墩组对水流流速和水位有一定程度的影响;当在小跨径(16m及以下)纵向桥段,桥墩组对水流流速和水位影响强烈,桥墩组数很多,阻水作用明显。
【图文】：

圆柱桥墩,水流结构

图 1.1 圆柱桥墩附近水流结构水流绕圆柱形桥墩流动时，由于黏性力的存在，在桥墩周围产生边界层分离，，水流结构发生改变，同时在桥墩基础周围产生局部冲刷。为了更好地解决这些问题，我们需要深入研究桥墩周围水流形态。纵向桥段桥墩数量多，且相互干扰严重，水流形态更加复杂。因此，对纵向桥段水流特性进行系统的研究是具有非常重要的实际意义。（1）单圆柱桥墩周围水流特性研究2000 年，李玲等人对浅水层中圆柱水流特性进行试验研究，通过采用数字图像测速(DIPV)系统对圆柱尾流流动特征测量。试验结果分析得出全流场的尾流的速度流线图[4]。沈波对理想液体中圆柱绕流特性进行理论分析，得出理想液体圆柱桥墩绕流最大单宽流量，并进一步进行了圆柱桥墩清水冲刷试验，结果表明，当达到最大单宽流量时，圆柱桥墩到达冲刷平衡状态，冲刷平衡深度可由公式计算[5]。2004 年，王亚玲使用 CFX-4，在粘性不可压缩流体条件下，通过三维数值模拟圆柱

双圆柱,桥墩,多圆柱

方向和断面上各垂线测点的三维流速、紊动强度等紊动要素变化特征；通过对桥墩局部最大冲刷深度测量，分析冲刷深度与桥墩直径、流速之间的函数关系[9]。RPasiok 和E.Stilgerszydlo 利用大涡模拟对桥墩周围三维水流结构进行数值模拟研究，分析得出桥墩周围水流结构主要以下潜水流、马蹄形漩涡及尾部漩涡为主，三者相互作用，形成一个系统而不是单独存在，但没有给出各个水流结构之间具体作用以及影响程度[10]。（2）双圆柱及多圆柱桥墩周围水流特性研究多圆柱桥墩在工程中较为多见，它是以单圆柱水流特性为基础但非单圆柱水流特性的简单组合。虽然多圆柱桥墩布置方式多样，但相邻圆柱共同对水流作用，对水流形态变化产生较大的影响，与单圆柱桥墩周围水流形态相比有较大区别。目前关于多圆柱桥墩周围水流特性的试验及数值模拟研究，很多都是以等直径圆柱进行研究。2010 年，Sumner 根据来流方向与两圆柱中心连线之间的夹角不同，提出串联、并排和交错排列布设方式[11]，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.3

【参考文献】