复杂水流条件下抛石漂移距离的试验研究

抛石漂移是河道治理、护岸、潜丁坝、桥墩防冲等实际工程中经常遇到的问题,依托长江南京以下12.5 m深水航道二期工程口岸直水道整治工程,针对抛石漂移距离在试验室水槽内开展了一系列物理模型试验,对水深、流速、抛高、块石质量及块石形状的不规则等因素对抛石漂距的影响进行了研究;同时在考虑水流流速垂向分布的基础上,通过块石在动水中的受力分析推导出水上抛石漂移距离计算公式,利用模型试验结果拟合出公式中各系数的值,并将其计算结果与模型试验数据和现场观测数据进行比较,结果吻合较好,验证了公式的合理性。     

弱感潮河段抛石漂移距现场试验研究

长江南京以下12. 5 m深水航道口岸直水道整治工程位于扬中河段,工程离岸远、水深大、水流实时变化、轴线长,潜堤施工抛石落点预测尚存在难题。在扬中河段开展涨、落潮条件下的抛石漂移距现场试验,获得涨、落潮条件下现场抛石漂移距公式,并应用于口岸直水道鳗鱼沙潜堤施工中。结果表明,抛石漂移距受潮流加速度影响,加速时段的漂移距大于匀速时段,减速时段的漂移距小于稳定时段,潮流加速度小于1. 5×10~(-3m)/s~2时,全潮流过程可采用统一漂移距系数0. 892;施工过程中群体抛石中值粒径单块石漂移距小于4. 5 m时,可采用群体抛石中值粒径来估算群体抛投平均漂移距,实测群抛抛石成堤断面与设计断面吻合较好。为弱感潮河段水上抛石落点精准预测提供依据。     

顺水沉放条件下护底软体排排头漂移距水槽试验研究*

航道整治工程软体排沉排过程中,排头着床位置的精准控制是关系施工成败和铺排质量的重要因素。实际施工时对沉排参数的选取大多依赖经验性判断,尚缺乏理论与试验研究。通过概化水槽试验,研究了顺水沉放条件下不同沉排参数对排头漂移距的影响规律,量化表征了各参数的敏感性差异。基于多元非线性回归理论建立了多因素作用下排头漂移距预测模型,利用相关系数和平均绝对误差等指标对其预测精度进行了统计分析。试验结果表明,排头漂移距随排头梁质量和连接绳长增大而减小,随水深和流速增大而增大;各参数敏感性排序为流速＞相对绳长＞水深＞排头梁质量。研究成果可为软体排沉排施工提供科学依据。     

基于原位试验的砂枕水下漂移规律研究

砂枕自水面抛投后，受重力和水流的推移力作用，在下沉的过程中，会产生顺水流方向的落距。砂枕落入河底后还会具有一定的速度，若这个速度大于砂枕的止动流速，那么砂枕还会继续运动，而砂枕自触碰床面后发生的移动距离为稳定移距(二次漂距)。根据砂枕在动水中的漂移规律进行试验，结合垂线流速分布规律，通过3种漂距计算方法得到砂枕水下漂移到着床稳定全过程的漂移距离计算公式，并进行对比分析。结果表明，当河流的垂线流速为指数型流速分布时，使用惯性力法和综合系数法推导出的漂距公式适用性较好。     

多粒径块石水下群抛漂移过程数值模拟研究

水下抛石工程中常采用不同粒径块石组成块石群进行抛投，在多粒径块石群水下抛投过程中，块石会因水流作用与块石间的相互碰撞产生漂移，难以精准定位块石落点。针对上述问题，采用有限体积法和基于Hertz-Mindlin接触的离散元算法对多粒径块石群抛后的漂移过程进行CFD-DEM耦合研究，得出多粒径块石群在不同来流条件下的水平移距、沉降时间、扩散过程与落点分布。结果表明，在同一流场中，由于流场拖拽力分量占比较小，粗粒径块石的漂移距离与沉降时间均小于细粒径块石；不同粒径组成的块石群，抛投后在河床底部分布不规则，且随流速增大而漂距普遍增大。     

那吉航运枢纽二期截流水力学模型试验

通过1∶50局部定床正态模型,对二期明渠截流龙口水力特性、戗堤的抛投进占、截流对通航的影响进行了试验。试验表明二期截流工程具有龙口流速大、落差较大、水深较浅的特点;采取护底加糙同时上游角按45°抛投进占方法可有效地减少抛投强度和大块石的用量。     

长江深水航道水下坝体抛石设备改造

长江下游河段施工区域地形异常复杂、水深和流速条件对抛石坝体形成非常不利。以长江南京以下12.5 m深水航道二期工程口岸直水道整治工程Ⅱ标段为依托,通过改造抛石设备、增加串筒约束构造来降低抛石高度、减小抛石漂移距的方法,减小外界条件对抛石落点的影响,从而达到控制块石落点的目的,实现了水下抛石精准定位。工程应用效果良好,在提高施工质量的同时降低了成本,为类似项目提供了借鉴。     

整治建筑物周边局部冲刷深度计算

针对现有局部冲刷深度经验公式多、适用范围小、计算结果与实际出入较大的问题,从冲刷机理上推导出通用的局部冲刷公式,并根据实际情况进行修正和确定相关参数。结果表明,整治建筑物周边局部冲刷深度主要与工前水深、工程前后流速变幅、水流紊动强度、流量调整情况等有关;冲刷公式中参数k、λ、n的取值对计算结果影响较大;修正后的公式与规范相比具有一定优势。     

混凝土联锁块护底软体排抗掀稳定分析

针对规范中软体排抗掀稳定计算公式未考虑水深影响的问题,对水流作用下混凝土联锁块软体排受力进行研究。采用理论推导方法,得出了新的混凝土联锁块软体排抗掀稳定计算公式,结合数模分析确定新公式的相关参数取值。新公式中考虑了水深的影响,采用临界断面平均流速替代规范公式的软体排边缘临界流速,较规范公式更为准确。分别采用新公式和规范公式对黑沙洲水道航道整治二期工程护底软体排抗掀稳定进行计算。分析结果表明:新公式较规范公式更能反映软体排实际受力情况。工程实践证明新公式具有较好的可靠性,可供类似工程参考和借鉴。     

钱塘江河口细颗粒泥沙起动流速研究

采用泥沙水槽试验研究了钱塘江河口不同粒径的泥沙起动流速。针对室内水槽试验水深条件的局限性,提出了以实测含沙量过程线拐点附近相应的垂线平均流速为泥沙起动流速的方法,得到了水深范围介于0.15～13.6m、中值粒径介于0.002~0.07mm的泥沙起动流速。张瑞瑾、窦国仁公式与沙玉清泥沙起动公式对比结果表明,各公式对于浅水深的水槽试验值均有较高的计算精度,而对于大水深起动流速均明显偏大。以张瑞瑾公式为基础,通过多元回归分析法修正有关系数,建立了适合于钱塘江河口细颗粒泥沙的起动流速拟合公式。     

沙枕抛投在荆江航道整治中的应用

沙枕袋可以有效防止水流冲刷河床底部,是稳定河床及岸坡、防止冲刷的主要加固措施。结合长江中游荆江段航道整治工程施工,介绍了抛沙枕进行护底补坡的施工工艺流程、施工要点,重点介绍沙枕袋在长江水流影响下的抛投质量控制措施及实施效果。     

四面六边透水框架自动同步抛投装置与工艺

针对四面六边透水框架抛投效率低、成本高、准确度低、存在安全隐患等问题,建立四面六边透水框架抛投漂移距离的数学模型,得出抛投高度、水深、水流速度、透水框架阻水面积等参数对漂移距离的影响规律。提出一种大框架、多转轴的空中自动同步脱钩抛投吊具,增加每次抛投透水框架的数量,并采用GPS引导抛投船舶精准定位,对抛投作业过程进行实时控制。结果表明,此种抛投装置可提高透水框架抛投的准确性,且提高施工效率。     

武穴水道航道整治工程坝体新结构研究

本文结合长江中游武穴水道航道整治工程的工程需要,分析了航道整治工程传统坝体结构的优缺点和破坏原因,根据武穴水道的工程条件,设计出了适合长江中下游航道整治工程的新型坝体结构型式——箱体坝和沙枕-模袋混凝土盖面坝体,并进行了成功的运用,结合运用后的效果对新型坝体结构的前景进行了预测。     

引江济汉工程取水对航道通航条件的影响

引江济汉工程是从长江荆江河段引水至汉江兴隆段的大型输水工程,以补给汉江下游河段因南水北调中线一期工程调水而减少的水量,年平均输水量37亿m3。工程取水将会对长江中游荆江河段产生影响。以三峡175 m试验性运行期（2008年以后）作为一般水文年,根据引江济汉工程设计取水流量,通过计算工程取水所引起的长江干流河道流量及水位的变化值,分析受影响河段航道条件的变化情况。     

塑料土枕潜坝的设计和施工

塑料土枕作为水中筑坝的主要材料在工程中的应用尚不多见,本文提出了塑料土枕潜坝的设计、施工方法,在江宽1000m以上、水深50m以上、流速3m/s以上的长江主汊道———镇扬河段上成功实施,取得了较为满意的工程效果,对今后类似工程建设具有积极的借鉴作用。     

动态后处理技术在长江口水深测量的适用性

长江口水域一直采用传统有验潮和GPS-RTK相结合的水深测量方法,但现有潮位站无法控制整个区域,RTK差分信号受距离限制又无法做到全覆盖,制约了水深测量效率与精度。GPS-PPK技术具有作业范围广、测量速度快、定位精度高等优点,不受无线电传输距离和通信网络环境的限制。通过在不同作业距离下的精度测试,GPS-PPK技术较传统有验潮和GPS-RTK结合的测量方法具有更高的作业效率和整体精度,可应用于长江口地区水深测量。     

长江口综合整治工程波要素计算方法

长江口位于开敞海域,波浪随季节变化,波况极为复杂。工程水域的设计波要素关系到海塘防洪安全,对于长江口综合整治工程有着重要影响。采用经验公式和数学模型两种方法计算长江口海域的波浪。研究结果表明,两种方法计算的平均波高相近;数学模型计算的波周期更符合波浪传播变形规律,经验公式计算的波周期偏保守、对工程来说偏安全。对两种计算方法的优缺点进行了比较分析。建议采用数学模型计算长江口水域的波要素,并采用经验公式进行复核。必要时结合波浪实测数据和物理模型,提高计算结果的准确性,为长江口综合整治工程提供可靠的设计波要素。     

四面六边透水框架群抛施工工艺

针对混凝土四面六边体透水框架人工抛投存在的抛投不均、安全风险大等问题,结合长江中游荆江河道航道整治工程实例,对四面六边透水框架投抛施工工艺进行研究,设计了专用抛投吊架。施工采取群抛技术,更加有力地控制了透水框架的落水点,定位精准、抛投均匀,同时避免了传统施工中出现的人员或甲板作业,大大降低了施工过程中的安全隐患。     

非均匀非平衡输沙数学模型在长江南京以下深水航道整治一期工程中的运用

通州沙、白茆沙是长江南京以下12.5 m深水航道上延南京首先碰到的两个重点碍航浅滩,工程河段受径流和潮汐的共同作用,水沙动力复杂,河床冲淤多变。建立三沙河段非均匀非平衡输沙二维潮流泥沙数学模型,在挟沙力公式、底沙与悬沙交换模式等研究的基础上,利用实测水沙及地形资料对模型进行率定和验证。在此基础上,利用该模型对长江南京以下12.5 m深水航道整治一期工程方案进行研究,分析整治工程的效果及影响,为工程设计提供技术支撑。     

深水航道整治中新型结构淹没丁坝与水流相互作用

大型混凝土齿形丁坝首次应用于深水航道整治工程中,其与水流相互作用的影响并不清晰。通过理论分析与数值模拟的方法对新型丁坝的壅水特性进行研究,并通过与其它坝型结构对比分析了新型丁坝对过坝水流的影响,进而通过阻挡流量的表征方法对新型丁坝的水流力计算方法进行探讨。研究发现新型丁坝壅水公式能够较为合理地预测其壅水值,且由于基床的存在,新型丁坝对过坝水流的影响较小,同时,通过阻挡流量表征的水流力计算公式形式更为简便。新型丁坝的引入对长江沿岸水沙及生态平衡起到保护作用,其研究成果可为新型丁坝的设计及应用提供科学的理论指导,也对其他新型结构设计具有借鉴价值。