淹没齿坝三维水沙动力特性数值模拟研究

本文利用FLOW-3D,通过建立三维水沙数值模型研究淹没齿坝的水沙特性。数学模型水动力特性通过物理试验实测数据进行验证,验证结果良好。通过对比分析齿形丁坝与梯形丁坝的坝头流速、湍流能分布及河床冲淤变化,说明坝头斜坡的存在具有平顺水流作用与减小冲刷的作用。     

基于航槽冲刷效率的丁坝护底宽度确定方法*

考虑丁坝护底可压缩一般性的无效冲刷范围,以达到增加丁坝有效作用效率这一重要功能,提出基于航槽冲刷效率的丁坝护底宽度确定方法。通过理论分析、数值模拟和物模试验研究,得到主要结论：丁坝有效作用效率系数为动床航槽单宽流量增值与定床航槽单宽流量增值的比值。建立了丁坝有效冲刷效率的计算公式,通过该公式可计算丁坝护底宽度。公式表明：丁坝的有效冲刷效率为常数;当护底从丁坝坝根一直护到航槽边缘、形成定床条件时,丁坝的有效冲刷效率可达到100%。采用该方法可合理确定护底的宽度,减小丁坝坝头的一般性无效冲刷范围、增加丁坝对航槽的有效冲刷效率,使工程作用后的航槽改善效果更好。     

丁坝坝头在水流冲刷下的有效防护

针对丁坝坝头处冲刷的问题,依托孟加拉国贾木纳河右岸丁坝防护项目,研究探讨了丁坝坝头处的冲刷机理和主要影响因素。基于河流动力学基础理论,提出了丁坝坝头处的防护改进措施。采用原型观测方法,进行坝头处的有效防护研究,提出的方法防护效果良好。     

基于坝头水毁程度判别指标的抛石丁坝水毁研究

抛石丁坝是河道中应用十分广泛的整治建筑物,能够束水攻沙,保护岸滩免受水流冲刷,然而抛石丁坝水毁现象时常发生。针对这一现象,利用动床水槽物理模型试验对平原河流丁坝的水毁破坏进行了研究,分析丁坝水毁破坏的常见形式,认为坝头块石的坍塌流失是影响丁坝整体稳定性的主要因素,即抛石丁坝稳定性可基于坝头水毁来研究。在此基础上,定义了坝头水毁程度判别指标,研究指标的求解方法和坝头水毁程度等级划分方法,得到了坝头不同水毁程度对应的指标值,并对丁坝维护时机的选择加以说明。该方法为抛石丁坝的维护提供了解决思路,有利于抛石丁坝整治效果的持续发挥。     

阶梯形丁坝局部冲刷特性数值模拟*

阶梯形丁坝局部冲刷特性研究对河道整治工程方案设计具有重要意义。应用平面二维水流泥沙数学模型,研究来流条件及丁坝尺度对阶梯形丁坝局部冲刷的影响。结果表明：在清水恒定流作用下,冲刷达到平衡所需历时主要受来流条件影响,而受丁坝几何尺度的影响相对较小;随着弗劳德数Fr的增大,冲刷坑面积A、最大冲深hs总体均呈线性增加,Fr≤0.565时平均冲深 随Fr增长较慢,Fr＞0.565时 随Fr增长相对较快;一级丁坝高度、二级丁坝长度对局部冲坑形态及冲深发展的影响具有一定的等效性;hs与 均随一级丁坝相对高度ψ的增加而增大,当ψ＞0.7时其增幅趋于平缓。     

基于减小坝头局部冲刷的非淹没式水力插板透水丁坝群优化试验

为了寻找水力插板透水丁坝群减小坝头局部冲刷的最佳设计参数和布置方案。文章在双丁坝布置的情况下,通过改变第二、三个丁坝的间距,第三个丁坝的挑角、透水率、长度进行单因素试验,得出各单因素与第三个丁坝坝头冲刷坑深度的回归方程。再从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。正交试验结果表明:4个单因素对第三个丁坝坝头冲刷坑深度的影响为:丁坝长度>丁坝间距>丁坝透水率>丁坝挑角。水力插板透水丁坝群减小坝头局部冲刷的最佳设计参数和布置方案:第一个丁坝长度,第二个丁坝长度,第三个丁坝长度与河宽的比值分别为0.25、0.21、0.21;第一个、第二个丁坝透水率为30%,第三个丁坝透水率为20%;第一、二个丁坝间距与第一个丁坝长度的比值为3,第二、三个丁坝间距与第二个丁坝长度的比值为2;第一个、第二个和第三个丁坝挑角为60°。     

透水丁坝冲刷特性的试验研究

通过在水槽中做动床实验，对透水丁坝附近河床的冲刷特性进行研究，并对透水丁坝的冲刷过程进行分析。结果表明，透水丁坝的最大冲刷深度随着透水率的增大而减小，但当透水率的变化范围在20％～30％时，对透水丁坝最大冲刷深度的影响不大；其下游侧有冲刷沟，冲刷深度从坝根（与渠岸接触部分）到坝头逐渐加深；另外，在坝头附近产生冲刷槽，其方向与水流方向一致，冲刷槽的深度随着透水率的增大而减小，当透水率的变化范围在30％～40％时，其冲刷长度为不透水丁坝冲刷长度的一半。     

山区航道丁坝冲刷深度研究

分析了丁坝附近的水流结构及影响丁坝冲刷的主要因素,并在理论上对冲刷深度公式进行了初步分析与推导,利用数学软件MATLAB对现有的试验数据进行多元回归分析,建立了丁坝冲刷深度公式,并将其与已有的部分公式进行对比,用仅有的实测资料进行验证。结果表明文章给出的公式较规范公式更接近实际值。     

均质透水丁坝二维水流模拟研究

透水丁坝具有一定的透水率,其坝头水流分离程度、坝头局部冲深相比于实体丁坝要小,此外坝体的孔隙为鱼类和其余水生生物提供了栖息环境,对环境保护起到积极作用。为模拟均质透水丁坝平面二维水流运动,文章基于正交曲线贴体坐标系下平面二维水流数学模型,引入通度系数的概念考虑丁坝的透水率,并对考虑通度系数后的方程进行离散和求解。采用已有的水槽试验资料,进行了初步验证,模拟透水丁坝作用后的流场和水位场,结果表明计算和实测符合较好。     

强潮河口排桩式丁坝局部冲刷试验研究

通过对强涌潮作用下单排及双排桩式丁坝局部冲刷的试验研究及钱塘江河口直立式丁坝局部冲刷的调查分析 ,认为在以粉沙土为基础的强潮河口利用抛石护桩可大大地缩短板桩的长度及减小截面尺寸 ,从而达到减少投资和增强排桩式丁坝自身稳定性的目的。通过试验 ,得到了强潮河口排桩式单、双排桩丁坝在块石防护下不同部位的局部冲刷特征。此外 ,半圆形透水坝头可使坝头冲刷坑深度提高 0 5～ 1 0m。     

群坝局部冲深计算试验研究

通过试验研究群坝局部冲刷问题 ,对群坝和单坝的水流现象进行了比较 ,分析了群坝局部冲刷与单坝局部冲刷的区别以及水流、坝距、坝长等因素对群坝各坝坝头局部冲刷深度影响 ,并根据试验资料提出了冲深计算公式。     

丁坝及淹没丁坝冲刷公式研究

针对整治建筑物冲刷问题,依托长江南京以下12.5 m深水航道治理一期工程,研究探讨了普遍冲刷和淹没丁坝冲刷的冲刷规律、主要影响因素、冲刷机理。基于河流动力学基础理论,分别推导了基于起动流速、起动切应力的冲刷深度半经验半理论公式,经非淹没丁坝冲刷实例和淹没丁坝冲刷数模成果验证和率定,效果良好,适用于非淹没丁坝和淹没丁坝冲刷深度计算,从冲刷计算原理看,同样适用于顺坝及护岸冲刷深度计算。对其中有关冲刷深度半经验半理论公式的主要研究成果进行了系统总结。     

往复流不同入射角条件下跨海大桥桥墩局部冲刷研究

文章以港珠澳跨海大桥工程为依托,采用理论计算和模型试验的手段进行研究,在公式得到验证的基础上,针对往复流不同入射角条件下桥墩局部冲刷深度问题进行探讨。结果表明:潮汐往复流条件下,桥墩上下游均出现局部冲刷,且上游冲刷深度大于下游;当桥墩迎流面与往复流流向基本垂直时,桥墩局部冲刷深度理论计算值略大于模型试验值,误差均在10%以内;在顺流面长度大于迎流面宽度的矩形桩墩墩型条件不变时,桥墩局部冲刷深度随往复流来流入射角的增大以变速率增大,且当入射角大于一定值时,桥墩冲刷深度趋于稳定。     

长江南京以下12.5 m深水航道一期工程白茆沙水道工程局部冲刷试验研究——Ⅱ：模型试验*

采用局部正态模型对长江南京以下12.5 m深水航道一期工程白茆沙水道工程进行了局部冲刷试验研究,试验结果表明:1)白茆沙水道工程S1丁坝、S2丁坝、S3丁坝以及南侧围堤堤头等附近易产生较严重的局部冲刷,应重点防护;2)优化方案不仅防护效果好,而且护排布置合理,能同时满足工程安全和节约投资的需求.     

挑流石梁作用下丁坝坝根周围流速分布规律

通过概化模型试验对挑流石梁作用下的丁坝坝根周围流速进行测量,并对不同工况下坝根周围的流速值进行分析,得出坝根处流速随来流量及水深变化的分布规律。结果表明:受挑流石梁的影响,坝根附近的流速比正常河段大很多,且坝根附近的横、纵断面流速值随来流量的增大而增大,随水深的增加而逐渐减小。     

新建桥墩对整治建筑物影响及守护措施研究

拟建南纪门轨道专用桥桥墩距离下游整治建筑物最小距离仅24 m,桥墩建成后将对整治建筑物自身稳定产生一定的不利影响,进而可能影响该河段航道整治效果和既定整治目标的实现。采用二维水流泥沙数学模型,计算桥墩建成后水沙条件变化,并对提出的联合守护方案效果进行分析。结果表明：桥梁建设对工程河段航道的通航水流条件影响较小,但会造成桥墩、直立式挡墙前沿和丁顺坝坝头等区域产生局部冲刷,影响桥墩、挡墙及Z^#₁丁顺坝自身的稳定性;联合守护方案实施后,局部冲刷范围明显减小,冲刷强度显著减弱,保障了整治建筑物和桥梁的稳定性,确保航道整治工程原设计功能的正常发挥。     

长江中下游洲滩守护工程概化模型试验研究﹡

为了研究洲滩守护工程的护滩效果及工程实施后局部冲刷坑形态,以长江下游较为典型的洲滩守护工程为例,采用大比尺局部动床概化物理模型试验方法,对鱼骨型间隔式护滩带工程进行了试验研究。根据工程及试验具体情况,详细分析了该试验方法的可行性,并给出了鱼骨型护滩带方案的试验结果。结果表明,该试验方法不但能够较方便地比选不同平面布置的工程方案之间的护滩效果,同时可得到局部冲刷坑的形态参数,对工程设计有较好的指导意义。     

松花江大顶子山航电枢纽坝下冲刷深度及水位降落研究

利用长河段一维数学模型,预报了大顶子山航电枢纽在运行不同时期后的冲刷深度及水位降落情况。结合近坝段河床防护措施,确定了大顶子山枢纽下游最低通航流量、相应的下游最低通航水位、枢纽船闸的门槛最小水深以及船闸下闸首底槛的高程。     

丁坝受力试验研究

通过水槽模型试验,测得不同工况下丁坝坝体动水压力和脉动压力的分布情况,并绘制出动水压力和脉动压力的分布图,得到不同水深、流量及坝长情况下动水压力和脉动压力的分布规律,并通过理论分析找到其原因。最终得出迎水面动水压力随水深、流量和坝长的增加而增加,脉动压力随着水深增加而减小、随着流量和坝长增加而增加等结论。