含植被河道水流阻力系数试验研究

河道植被生态特征的多样性和水流运动的复杂性造成的水流阻力难以预估,生态型河道防洪能力计算存在困难。通过对含植被河道水流阻力系数试验及研究成果的回顾,梳理已有的研究方法、研究内容和相应结论,分析阻力系数的影响因素和计算取值,提出尚需进一步加强的技术途径和开展的研究方向:含植被河道模型试验的技术手段尚需改进,在强化植被层中紊流涡旋运动观测分析的基础上,加强对植被层水流阻力的机理研究;须针对植物随机生长和种群分布特点,加强对植被生态特征与水流阻力关系的研究,并进一步优化植被与河床共同作用下水流阻力的计算方法。     

水流夹角对群桩局部冲刷影响试验研究

水流夹角对大型、超大型群桩的局部冲刷影响研究至今仍为空白。通过宽水槽试验,对梅花形大型桩群进行了水流夹角对局部冲刷影响的研究,得出不同水流夹角情况下的冲刷形态和由此产生的桩群夹角增深系数。为工程设计及规范中涉及局部冲刷条文的修订提供参考。     

弯道抛石护岸水流特征及水毁试验研究

平顺抛石护岸在长江中下游应用最为广泛,能够增强堤岸的抗洪能力,保障中下游广大平原地区和沿江各大中城市的防洪安全。然而,护岸块石常常发生滑落导致护岸破坏。为了解其破坏机理,进行了不同岸坡坡度、不同块石粒径及大小、不同流速等条件下的水槽试验,从块石受力、弯道水流特征、块石位移特征及坍塌特征等方面研究了抛石护岸的水毁,提出了抛石护岸破坏程度的判别指标并给出需要维护的时间点的建议。     

淤泥质海床上人工岛水流冲刷试验

港珠澳大桥人工岛局部冲刷是大桥工程设计亟待解决的关键技术问题。在现场资料分析与物理模型验证的基础上,采用正态系列模型延伸法,在潮汐宽水槽中研究了淤泥质海床上人工岛周围流态变化和局部冲刷的发展过程。研究结果表明,在洪季大潮情况下,东、西人工岛最大冲深分别为10.3 m和9.0 m,冲刷坑集中在岛桥结合部和隧道防护段及防撞墩附近;最大冲刷深度与人工岛的几何形状、流速、工程水域的沙土特性以及水深等相关,冲刷坑的平面形态则与岛型、水流夹角、涨落潮流速差以及潮流历时有密切关系。     

清水冲刷推移质输沙规律研究

根据恒定单一流量和恒定分级流量的清水冲刷水槽试验资料,采用相关分析方法对清水冲刷推移质输沙规律进行了分析研究.获得了有关变量的关系式,可用于预报推移质输沙率和输沙量在时间上和空间上的变化,也可用于预报推移质冲刷剖面在时间上的变化,计算结果与实测吻合良好.通过阶梯流量与恒定流量输沙规律的对比研究,分析认为推移质冲刷平衡剖...     

长江下游双涧沙守护工程局部冲刷水槽试验研究

双涧沙守护工程中的护滩潜堤与南北顺堤过渡段河床受越堤翻滚流作用冲刷剧烈,为此采用系砼块软体排进行护底。排体的守护范围是决定该段工程稳定的制约因素,而排体外缘冲刷坑最大深度是确定余排长度的关键因素。采用80、120和200三种比尺的水槽分别对潜堤过渡段不同部位进行冲刷试验,通过系列模型延伸法对比研究不同守护范围下的局部冲刷范围和深度。结果表明,护底宽度增加后,河床最大冲深值减小明显。     

清水冲刷推移质输沙率变化规律

分析恒定清水冲刷水槽试验资料发现,推移质输沙率变化可分为两个阶段,即时均稳定阶段和衰减阶段。通过机理分析,建立了该两个阶段的计算公式,计算结果与试验资料吻合良好。该式可用来估算任一河段及任一时刻推移质输沙量及冲刷剖面。     

长江中下游顺直河道水流冲刷引发崩岸的模拟试验

长江中下游河道水流冲刷引发崩岸的频次较多、危害巨大。为探究顺直河道中此类崩岸引发的过程机理,借助模拟试验展开观测和分析。崩岸过程中主要存在5种不同运动特征的水流,崩岸前后近水面附近形成的月牙形沙波可能是崩岸过程中重要的水下输沙载体,促进崩岸的持续发生,甚至促进崩岸形成。通过岸坡守护试验验证,并从防治崩岸的工程角度出发,相比于坡趾区域,近水面附近坡面的守护更能达到防治崩岸的目的,同时也应合理守护坡趾区域,避免该区域持续不断地侵蚀对远期岸坡的不利影响。     

水沙条件对护岸工程损毁影响的试验研究*

针对新水沙条件下航道整治建筑物损毁问题,以护岸工程为例,采用概化水槽试验,模拟研究不同水动力强度以及不同挟沙饱和度下护岸工程的冲淤特性。试验结果表明：随着断面平均流速与泥沙起动流速比值（U/Uc）的增大,护岸工程前沿冲刷呈指数形式增大;随着水流含沙量与水流挟沙力比值（S/S*）的增大,护岸工程前沿冲刷呈对数形式减小。当U/Uc＞3或S/S*＜40%时,护岸前沿冲刷范围及冲刷深度均快速增大。因此,当U/Uc＞3或S/S*＜40%时,应加强对整治建筑物周边水流流速年际和年内变化的监测。研究结果可为航道整治工程设计及航道整治建筑物维护工作提供技术支撑。     

澜沧江丁坝坝头冲深的试验研究*

以澜沧江曼厅段的河道特性为典型,建立了山区河道丁坝坝头冲刷坑深度的概化模型试验。在进行长历时丁坝清水平衡冲刷试验的基础上,分析了坝头冲深的影响因素;通过量纲分析和多元回归的方法,建立了以流速v为主要参数的冲深计算公式,并与各家公式进行比较,表明该公式较为合理。采用天然河道丁坝冲深资料对公式进行了验证,计算值与实测值基本符合。研究为确定山区河道丁坝基础埋深提供了参考,也为将来治理同类型河道积累了经验。     

大连港大窑湾北防波堤基床淘刷与治理试验研究

大窑湾港区是大连港集装箱核心港区,北防波堤直立段采用改进的梳式沉箱结构,受台风影响,空腔内栅栏板移位、基床被淘刷。为了认知基床淘刷原因,使用非线性波浪水槽进行模型试验研究。研究确认波浪传播至空腔内剧烈紊动、导致基床浮托力增大是栅栏板失稳、基床淘刷的主要原因。采用翼板开孔可有效减小基床浮托力,但增大了透过波浪和流速。综合考虑基础稳定性、透过波浪、施工条件等因素,确定了翼板开孔3 m、将栅栏板厚度由原来的0.5 m加大至1 m的治理方案。试验验证了该方案的可行性。     

潮汐河段桥墩局部冲刷深度的试验研究

随着公路延伸到潮汐河道和近海海港,在桥梁设计中需要对潮汐河段桥墩的局部冲刷深度进行分析。在动床模型试验中使用了典型的潮汐水流条件和3种代表性的模型沙。使用拍照和测量记录下冲刷坑的形态和深度变化过程,得到了潮汐河段桥墩的冲刷过程,将潮流冲刷的深度与恒定流的深度进行比较,得出不同条件下冲刷深度的折减系数为0.75~0.92,建议以涨落急最大流速代替恒定流流速作为计算的标准,试验结果还表明泥沙粒径小于0.15 mm条件下的公式计算结果与试验结果有差别,建议对公式进行修正。     

非恒定流下桩群绕流局部冲刷试验

水流经过桩群时,桩前会出现下降水流和马蹄形漩涡,显著增加水流的挟沙能力与输移能力。本文基于非恒定流桩群绕流局部冲刷水槽试验,研究非恒定流下桩群绕流的局部冲刷分布以及最大冲刷深度;通过计算流体力学软件Flow 3D对水槽试验进行模拟计算仿真,研究非恒定流下桩群绕流局部冲刷发展过程。研究表明：上游单桩的冲刷范围为桩前2D（桩径）至桩后1D,桩外侧2.5D至桩内侧1D;下游单桩的冲刷范围为桩前1D至桩后1D,桩外侧1.5D至桩内侧1D,且桩群各个区域的横向冲刷断面也有差异;最大冲刷深度和冲刷体积随时间呈对数形式增加,直至达到冲刷平衡状态,且20%的时间局部冲刷可完成冲刷平衡时的50%,50%的时间可达到冲刷平衡的80%。     

圆柱桩群局部冲刷特性试验

通过在宽长水槽中进行的单向恒定均匀流作用下,不同桩群、不同流速或不同水深情况下的圆柱桩群局部动床冲刷对比试验研究,分析试验后水槽地形变化的资料发现：圆柱桩群局部冲刷非常复杂,圆柱桩群的存在极大地改变了原有的水沙运动状态,加剧了桩群所在底床泥沙的冲淤。圆柱桩群对其所在底床冲淤影响特性不能只用桩群阻力简单解释,而与圆柱排列形式关系最为密切、影响也最大,水流流速及水深的影响实际通过圆柱桩群对流场改变的性质及程度来反映。     

垂直淹没射流对泥沙冲刷效果影响的试验研究*

为了研究垂直淹没射流中各因素对泥沙冲刷效果的影响规律,利用自行设计搭建的射流冲刷试验系统,基于“半模型”理论进行试验,通过摄像机和图像处理软件得到随冲刷参数EC变化的冲坑形态,以及射流速度、靶距、喷嘴直径对冲坑尺寸的影响规律。结果表明,冲坑深度随冲刷时间的增加先迅速增大、后缓慢增大直至稳定状态,在此过程中,冲坑形状保持几何相似性;冲坑尺寸随射流速度的增加而增加,动态冲坑深度明显大于静态冲坑深度。此外,通过试验得出了使冲坑深度达到最大值的最佳射流靶距。研究结果可为射流清淤的实际工程应用提供参考。     

局部冲刷坑形成影响桥墩附近流场特性的试验研究

通过对不同水沙条件下冲刷发展过程中3个典型时刻桥墩前、后竖直对称面内流速、紊动量的测量和分析,定性地研究了冲刷发展过程中桥墩周围流场的水力特性、冲刷坑的形成与发展对桥墩周围水流结构作用强度的影响,以及防护工程应该实施的最佳时机.     

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。     

垂直淹没射流对黏性底床冲刷挖掘体积的试验研究

射流冲刷作为一种高效挖掘手段被广泛应用于深海工程领域。针对黏性底床条件下垂直淹没射流冲刷挖掘体积进行研究,利用注浆成型法制备冲刷坑的胚体并利用3 d扫描技术获取冲刷挖掘体积。通过开展室内试验探索了射流流速、射流靶距、冲刷时间以及泥样含水率与冲刷挖掘体积的关系:1)冲击射流挖掘体积随着射流靶距的增加而减小;2)冲击射流挖掘体积随着射流流速的增加而增加;3)冲击射流挖掘体积随着冲刷时间的增加而增加,但逐渐趋于平衡;4)随着泥样含水率的增加,冲击射流挖掘体积也显著增加。最后,利用54组试验数据和无量纲分析得到了冲击射流挖掘体积的经验公式,可为射流挖沟以及射流沉桩等海洋工程实践提供参考。     

高桩码头桩基局部冲刷研究

建在海洋环境中的高桩码头,桩基础改变了水质点移动的路径和水流剪切力,可能产生海床土颗粒的运移或冲刷,这样的冲刷会给结构和基础的稳定性带来威胁。采用国内外5种常用公式,对高桩码头局部冲刷进行计算,并与工程的实测值进行对比分析。结果表明,将波浪和潮流进行叠加,得到波流共同作用的流速,再运用韩海骞和JS公式计算拟建工程区的桩柱局部冲刷深度是可行的。