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原文传递桥墩附近流场特性及新型防护技术实验研究

论文题名：	桥墩附近流场特性及新型防护技术实验研究
关键词：	桥墩;局部冲刷;周围流场;防护措施
摘要：	桥墩局部冲刷问题一直为水利工作者所关注，尽管在过去的100多年里，桥墩周围流场水力特性及防护工程、防护特性的研究已取得一些成果，但是局部冲刷理论还不是很完善，也还没有任何一种被认为是完全行之有效的桥墩局部冲刷防护措施。本文提出了一种新型防护技术(桥墩周围四面体透水框架群抛投防护方法)，并采用室内水槽实验和基础理论分析相结合，运用现代量测技术，对桥墩周围流场水力特性进行系统的研究，然后，对比分析了新型防护技术的具有好的防护作用和传统防护措施的不足的原因，获得如下有价值的研究成果： 1．桥墩周围流场特性研究 a．本论文研究认为，桥墩对上、下游水流的影响范围分别为3.21D和6.86D(D为桥墩宽度或直径)；桥墩局部冲刷的起始位置不受水流特征因素的影响；且位于桥墩边缘与水流方向约成±100°角处；引起桥墩周围床面起始冲刷的是桥墩前缘附近侧向压力梯度驱使下的桥墩绕流，而不是下降水流和马蹄形旋涡。 b．随着冲刷过程的持续进行，水流的紊动变得更加剧烈。而冲刷坑深度的增加量会减小，直至平衡。得到桥墩局部冲刷防护工程应该在冲刷开始之前实施的结论。 c．h<,0>/D主要影响桥墩周围水流的冲刷能力。当h<,0>/D减小时，逆时针方向旋转的表面旋滚与顺时针方向旋转的马蹄形旋涡的作用强度也减弱了；当相对水深取4.0≥h<,0>/D≥3.0区间内的某一值时，可以认为冲刷坑深度不受水深的影响。 2．四面体透水框架群防护后桥墩周围流场特性研究 a．研究认为可以不考虑杆件的截面形状对防护效果的影响。框架的最优布置形式应为尖头迎水，其内部Z方向的逆向压力会阻止床面泥沙在渗流压力的驱使下从框架体杆件之间的空隙流失。 b．研究了透水框架群防护后桥墩周围流场的特性、h<,0>/D和u/u<,c>对四面体透水框架群防护能力的影响，以及从四面体透水框架群对水流影响特性上了解到其防护机理。 3．四面体透水框架群破坏形式和防护参数研究 a．对四面体透水框架群抛投防护后影响局部冲刷坑深度的各种特征因素(行近流速u、水深h<,0>、泥沙起动流速u<,c>、泥沙中值粒径d<,50>桥墩宽度或直径D、四面体透水框架群的杆件体积率η、框架群的相对放置高度y和框架群布设范围c等)进行了分析，提出了衡量四面体透水框架群抛投防护效果的抗冲系数T<,g>的定义。 b．对框架群的整体破坏形式和边缘破坏形式进行了定义。提出了锚固或串接四面体透水框架来遏制整体破坏的发生、增大四面体透水框架群的防护范围减轻边缘破坏程度的方法。首次发现了被淘底塌落后四面体透水框架群所具有的二次防护能力且二次防护能力与四面体透水框架群的杆件体积率有关。 c．研究了相对流速、相对水深、模型沙的相对中值粒径、四面体透水框架群的杆件体积率、相对防护范围和相对放置高度对抗冲系数T<,g>的影响。
作者：	房世龙
专业：	水力学及河流动力学
导师：	唐洪武
授予学位：	博士
授予学位单位：	河海大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文