铅丝笼丁坝群合理间距试验研究

发布时间：2018-11-11 16:53

【摘要】：铅丝石笼丁坝能够在国内外河道整治工程中得到广泛认可，与它自身的优点密不可分，它具有造价低廉，取材方便，，施工快捷，生态环保等优点。但铅丝石笼丁坝在实际工程设计时缺乏相关资料和理论分析，没有可以直接应用的相关资料，只能参考实体丁坝进行，直接导致设计工作难度大，甚至水毁严重。设计者往往根据自己的经验进行，对工程的技术性、安全性和经济性都是很大的考验。在整治工程中，丁坝取多大间距一直是工程十分关心的问题之一，此问题与工程效果和工程经济密切相关。间距过大，大大降低工程整治效果，甚至不能达到工程目的；间距过小，造成工程浪费。而在过去的研究中，大都基于试验室所得数据推导间距布置原则，实际应用到工程中时，大都偏大；而根据工程实际经验选择的1-4倍间距，安全可靠，却又很少有相关的理论和试验依据支撑验证。本文主要从数值模拟和试验两方面分析铅丝笼透水丁坝群在工程实际应用中选择的1-4倍间距的水流结构特征和冲淤规律，从而得出合理的丁坝间距用以指导工程实际。本文实地调研新疆玛纳斯河河道整治过程中采用的护岸式铅丝笼丁坝工程，发现目前铅丝笼丁坝运行中存在的安全性和经济性等相关问题，进一步通过数学模拟和室内概化水槽试验对不同间距的铅丝笼丁坝群附近的水流结构及冲淤规律等诸多关键问题进行分析研究。首先，通过定床试验，采用旋浆流速仪和自制测针对水槽中水流的流速场及自由水面进行详细的量测，对不同间距下丁坝群附近的水流流态仔细分析，发现坝田区在不同的间距下水流流态变化较大，本文通过物理试验对这一情况进行了详细的分析，并与数学模拟动态演示结果相互验证。然后，选择不同设置参数的丁坝，采用旋浆流速仪和自制测针对各工况下水流的流速场及自由水面线进行详细的量测。发现随坝长的增大，丁坝的阻水缓流作用、束窄作用、挑流作用均加强，上游靠近丁坝一侧水面壅高也越明显，过坝头后水面降落的幅度越大，恢复主流越慢；与正交丁坝相比，随挑角的减小，丁坝的挑流阻水作用减缓，送溜效果加强，上游靠近丁坝一侧水面壅高减小，过坝头后水面线降落趋于平缓，流线越平顺；同时利用理论分析，推导了水面雍高曲线计算公式和局部水头损失计算公式。随后，通过清水冲刷试验，观察冲刷过程，分析冲刷机理，并利用Surfer软件绘制冲刷前后河床形态图，比较得出不同设置参数时丁坝附近冲淤变化规律的影响。而单丁坝和坝群局部冲淤效果对比分析发现：设置坝群后，第一座丁坝的横向冲槽、纵向冲槽都与单丁坝冲刷类似，但第二座丁坝和第三座丁坝的冲刷与第一座丁坝的冲刷情况相差较大，第二座丁坝的坝头冲刷最小，第三座丁坝冲刷远小于第一座丁坝，但略大于第二座丁坝，利用量纲分析的方法推导了三丁坝坝群在不同间距情况下，各自的埋深公式。接着，利用surfer软件计算不同间距情况下丁坝群作用后主槽区和坝田区的冲淤量，发现随坝长的增加，冲刷量和淤积量都增加，但淤积量总是小于冲刷量；相比正交丁坝，在其他条件不变时，随挑角的减小，冲刷量和淤积量都有减小的趋势，且冲刷量减小的趋势远大于淤积量的减小趋势。最后，根据前面分析的水流结构和冲淤规律，根据减少洪水危害，主槽不淤、坝田不冲，坝体安全稳定和经济性等原则，并结合理论分析结果，确定铅丝笼丁坝群合理间距。
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【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV863

【参考文献】