丁坝局部冲刷坑形成机理和最大冲深的确定

根据丁坝周围的水流结构和河流动力学输沙原理，阐明了丁坝局部冲刷过程和丁坝稳定地形特征形成的原因，通过丁坝局部冲刷试验结果和地形特征分析，结合水力学基本原理建立了丁坝局部最大冲深的计算关系式，并通过收集的大量丁坝局部冲刷资料，运用数理统计原理推荐了计算式中的经验系数。     

圆柱形桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟

为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和发展,基于计算流体动力学和泥沙运动理论开展了桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟。首先使用雷诺时均Navier-Stokes方程和标准K-ε湍流模型对圆柱形桥墩周围三维复杂流场进行数值模拟,将床面瞬时切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出床底泥沙的单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;再采用边界自适应网格技术修改动边界计算域网格,计算得到圆柱形桥墩周围局部冲刷坑的演化过程。结果表明:桥墩周围局部冲刷三维数值模拟结果与试验结果基本一致,数值模拟方法能用来预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷情况。     

桥梁基础局部冲刷CFD模拟的研究进展

局部冲刷是涉水桥梁失效的主要原因之一。合理的桥梁基础局部冲刷估计，对保证桥梁基础的设计、施工和维护具有重要意义。基于CFD开展桥梁基础局部冲刷研究具有现场观测和水槽试验不具备的诸多优点。首先阐述了桥梁基础局部冲刷CFD模拟的控制方程、湍流模型和泥沙输运模型，以及报导的主要CFD模拟软件；介绍了国内外研究进展，总结了现有研究存在的不足，分析了其中的原因，探讨了局部冲刷CFD研究的发展方向。分析表明，现有CFD局部冲刷研究存在流动Re数过小、未考虑来流湍流特性或来流湍流特性估计不足、湍流模型对流动的非定常特性捕捉不足，以及采用经验性的定常流泥沙输运模型等问题，使得局部冲刷坑形态和最大深度估计与试验不符。一种有望解决上述问题的途径是采用大涡模拟数值求解欧拉-欧拉两相流方程，通过求解流体相和泥沙相的质量和动量方程，采用合适的泥沙相和流体相的压格子封闭模型，并合理模拟泥沙相内相互作用和泥沙相与流体相的相互作用，通过组合壁函数实现高效数值求解，以获得桥梁基础局部冲刷的合理估计，从而推动局部冲刷CFD模拟向大尺度模型和高流动Re数发展。     

沿河路基冲刷深度的合理确定

路基冲刷防护中,通常考虑一般冲刷和局部冲刷,很少考虑自然冲刷,而自然冲刷有时影响很大,因此,确定冲刷应考虑自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷三种情况的影响.     

公路桥渡调治建筑物基础埋深计算探讨

介绍我国公路部门近年来研究提出的几个导流堤、丁坝局部冲刷深度计算公式。对这些公式存在的问题进行了讨论，提出了修正意见，并提出了一个新的导流提局部冲刷稳定深度计算公式。对如何使用试验资料制定计算公式提出了个人见解。     

对计算桥墩局部冲刷65-2原式与修正式的评估

介绍了计算桥墩局部冲刷65-2原式与修正式的结构形式、公式建立的分析方法，简述国内外关于桥墩局部冲刷研究的现状与发展趋势。从不同概念与主要分歧入手，对两个公式进行了评估，用实桥观测资料进行了验证，明确了精度。     

串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟

为研究不同墩心距下沿流向串列布置的双圆柱桥墩局部冲刷坑形态的变化规律，提出1种平衡湍流边界层模型以获得稳定的湍流来流边界条件；利用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型求解河床上双圆柱桥墩周围的复杂绕流场；基于能考虑河床面任意斜坡和泥沙坍塌效应的泥沙输运模型和动网格技术模拟双圆柱桥墩局部冲刷的动态演化过程，得到平衡冲刷坑形态，揭示冲刷发展过程的流动特征和冲刷机理。模拟结果与中美规范局部冲刷预测结果比较表明：串列双圆柱桥墩之间存在干扰效应；受下游桥墩施扰，最大冲刷都发生在上游桥墩，冲刷深度比单圆柱桥墩大，当墩心距L与桥墩直径D之比L/D=4时，达到最大值；而下游桥墩受上游桥墩遮挡的影响，最大冲刷深度在L/D=2时达到最小值，随着墩心距的增大，下游冲刷深度增大；当墩心距大于5倍桥墩直径后，下游桥墩可不考虑遮挡效应；获得的串列双圆柱桥墩最大冲刷深度值与美国规范预测值较为接近，而中国规范公式预测值偏小，提出的下游桥墩冲刷深度遮挡因子可为桥梁抗冲刷设计提供参考。     

确定中间桥墩处的局部冲刷

为了确定桥墩底面最低标高,必须在一般冲刷数值上加上水流在中间桥墩环流时所发生的局部冲刷数值。局部冲刷是由于水流环绕桥墩流动时,水流结构局部改变的结果,与一般造床的机械作用无直接关系,这个事实使可能独立地研究局部冲刷,及按着冲向桥墩的水流参数确定局部冲刷数值。确定流近桥墩水流的参数,应考虑到水流与淤积的相互作用,亦即应考虑到造床过程,将局部冲刷与一般冲刷分别来加以计算是合理的,因为局部冲刷的存在,总的说来,不致使水流结构起多大变化,亦即不会引起造床过程的变化。为了研究局部冲刷现象所作详细分析,便可能对局部冲刷的机械作用形成一个清楚的概念,制定出基本原理。根据这些基本原理制出下述确定局部冲刷深度的И·А·亚罗斯拉夫采夫的计算图。当水流的以垂直线上平均流速V_o(图1)冲向中间     

任意载荷激励下考虑局部效应的斜拉桥结构动力响应分析

基于一般有限无理论，考虑连续质量惯性力的影响，引入局部动位移修正项，推导了在任意荷载激励下梁单元的局部效应修正公式，并对斜拉桥结构在任意载荷激励下进行动力响应计算。计算结果表明，梁、塔单元的剪力修正项在考虑局部效应时与一般有限无方法存在较大误差，特别是塔单元的剪力修正值尤为显著。而对于索单元的动内力计算几乎没有影响，这与实际情况相符。在进行大型复杂结构的动力响应分析时，通过考虑局部效应，可以获得较为精确的结果。     

冲刷作用下水平承载单桩计算方法及承载特性

考虑冲刷作用对桩基承载力的影响,传统设计常采用忽略最大冲刷深度以上土体效应且认为冲刷线下土体物理力学特性不变的方法,此简化方法忽略了局部冲刷坑的尺寸效应和桩周土体应力历史的变化,设计桩长冗余度较大。为了充分考虑现场实际情况,在Reese的研究基础上,基于修正的p-y曲线进行砂土中单桩水平承载力的理论推导,为了验证结果正确性,随后进行了相应室内模型试验,且同时利用LPILE软件进行了模拟计算。结果表明：基于桩端点极限土抗力不变原则计算的等效冲刷深度公式可靠,相应的p-y曲线导入LPILE中计算值与试验值的误差在13%~17%,能够较好模拟现场冲刷情况;随着冲刷深度增加,单桩基础水平承载能力减弱,自由长度增大,桩身最大弯矩增大而土抗力影响深度减小,最大弯矩位置向桩端移动;修正的p-y曲线考虑冲刷坑底以上土体的有利作用,最大水平承载力计算值与试验值误差为3.6%~6.0%,桩顶最大水平位移误差为13.9%~23.5%,最大弯矩误差为2.9%~4.4%,最大弯矩点位置误差为3.3%~7.7%。最后进行冲刷深度、冲刷坡角和冲刷宽度的参数敏感性分析,结果表明三者的影响程度依次下降,试验条件下,相比无冲刷工况,冲刷深度为15 cm和30 cm时,桩顶位移增幅高达51%和106%。相应试验进一步证实了冲刷作用对桩基承载力的重要影响和理论计算的正确性,可为工程设计提供参考。     

黄土沟壑区路基防排水设计参数研究

针对黄土沟壑区特殊的地形地貌及地质条件,对现有的路基防排水设计方法中设计降雨重现期、冲淤条件和沟底允许最小纵坡、最大允许流速修正系数、降雨强度等相关参数的选取和计算进行了分析评价,提出了黄土沟壑区设计降雨重现期的建议值;根据黄土沟壑区不同地表排水设施所处的环境和型式特点,考虑冲刷和淤积的主次矛盾,提出了具体的控制指标。从明渠均匀流基本方程出发,推导出考虑沟渠材料性质、断面型式及水深变化的明沟最大允许流速修正系数的计算公式。对边沟设计中存在的问题进行了讨论,提出了沟渠基底处理要求。     

丁坝的平衡冲刷及冲刷计算

在完成长历时丁坝清水平衡冲刷试验的基础上，对丁坝周围局部冲刷的形成过程进行了分析和讨论，根据试验资料、由量纲分析提出了丁坝局部平衡冲刷深度的计算公式，并分析了丁坝局部平衡冲刷深度的计算公式，并分析了丁坝与水流夹角，丁坝边坡对丁坝局部冲深的折减系数。     

桥墩局部冲刷防护试验研究

在公路桥梁水毁中，有不少是因为基础埋深不够所致，如能对浅基桥墩进行局部冲刷防护加固，则可以避免或减少水毁，故此需预测桥墩局部冲刷深度和范围。１９９０年作者在西安公路学院水力实验室对陕西省石泉汉江大桥的防护进行了专项试验，对桥墩局部冲刷深度计算和冲帽防护的研究成果进行了试验与完善。     

桩基非对称局部冲刷条件下土体应力变化解析解

传统桩基局部冲刷坑模型主要采用对称形态的坑体来分析,然而实际问题中局部冲刷坑体常为非对称,这使得桩基处于更不利的状态。评价桩基承载力的关键之一是合理计算冲刷坑造成的土体应力状态变化。而对于桩周形成非对称冲刷坑时土体应力变化,目前仍然没有较为完善和严格的理论分析方法。针对该问题,根据已有试验得到的非对称局部冲刷坑形态,提出非对称冲刷坑内土体应力计算的平面应变简化模型;并基于弗拉曼解在半无限空间中的应用,将冲刷坑以上土体看做荷载并引起土体内应力重分布,得到非对称冲刷坑下土体应力分布计算的平面应变解析解。通过有限元中的"生死单元法"模拟非对称局部冲刷坑的形成过程,并将有限元得到的冲刷坑内土体应力结果与解析解计算结果进行对比,验证解析解的正确性。随后基于该方法考虑桩尺寸的影响,得到非对称局部冲刷坑形成后桩周土体的垂直及水平有效应力计算方法,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明：在考虑桩尺寸时,解析解计算结果略保守。在此基础之上,对非对称冲刷坑参数的敏感性进行分析,指出桩上、下游侧冲刷深度差值对桩周土体的应力影响较大,得到了非对称冲刷坑下桩周土体的垂直有效应力及水平有效应力差的变化规律,研究结果可为工程设计提供参考。     

沿河路基局部冲刷深度计算研究

在对沿河路基局部冲刷影响因素如水流条件、河床沙条件和河流几何边界条件等进行分析的基础上，通过野外模型试验，观测了河流各断面的水深、流速、护墙的冲刷深度和冲刷的发展过程及护墙附近的水流形态。针对弯道凹岸沿河路基的冲刷，对比分析了已有的局部冲刷深度计算公式，采用量纲分析和多元线性回归的方法，建立了设置护墙后的沿河路基弯道凹岸局部最大冲刷深度的计算公式。依托模型试验，对护坦的减冲作用进行了定量分析；根据试验观测结果，采用回归分析方法，得到了设置护坦后的路基局部最大冲刷深度的计算公式。研究成果可供在确定路基冲刷防护工程结构形式和基础埋深时参考。     

桥墩局部冲刷扩坦防护的试验研究

分析了桥墩局部冲刷过程，通过在桥墩周围设置护坦以减小桥墩局部冲刷，并对防护效果进行了试验研究和分析，提出了设置护坦桥墩局部冲深的计算方法。     

复杂群桩基础冲刷计算方法研究

为研究公路桥梁群桩基础的冲刷计算,根据我国现有公路桥梁群桩基础的现状,详细分析、研究各类群桩布设情况下的河流的阻力特性、流态、流速分布以及泥沙运动性态。研究结果表明,在复杂布设群桩条件时,存在四种冲刷机理:纵向掩蔽作用、纵向冲刷联动作用、横向阻力增大作用和横向冲刷联动作用。并根据该研究结果,修订完善目前我国行业标准《公路工程水文勘测设计规范》中,桥墩非黏性土的局部冲刷计算公式中边界条件不合理部分,在原公式中仅考虑群桩横向排列影响系数的基础上,进一步提出同时考虑群桩横向和纵向排列的综合影响系数。并用实桥数据进行验证后,提出了复杂群桩基础冲刷计算的推荐公式。这一结论使原有冲刷计算公式更加趋于合理,从而能运用于复杂群桩基础的冲刷计算。为非黏性土群桩基础的局部冲刷计算提供有价值的参考依据。     

单桩局部冲刷抛石防护试验研究

局部冲刷作为海洋基础冲刷破坏最为突出的一种形式,历来都是桥梁设计师们设计时重点考虑的问题。当局部冲刷作为一种不可避免的现象出现时,必须预先采取措施来确保其不会影响桥梁安全。其中,抛石防护是应用最为广泛的防护形式之一,其特点在于取材方便、工艺简单、操作实施灵活性大,一直以来也是研究热点。从局部冲刷以及抛石防护的基本理论出发,利用水槽试验来研究和探索抛石防护对局部冲刷坑发展的抑制情况,以及不同参数下碎石防护层防护效果的差异。     

S219永定线大林淮河桥桥墩冲刷分析及加固

针对省道S219永定线大林淮河桥的桥墩冲刷问题,按一般冲刷和局部冲刷叠加计算冲刷深度,确定桥墩冲刷对桩基础竖向承载力的影响,并对单桩承载力进行了验算,计算证明需加固河床。根据现场实际情况,考虑石笼耐冲刷和浆砌片石不容易被人为破坏的优点,抗冲刷加固的综合效果较好,推荐采用石笼和浆砌片石的加固方案。从近年实践情况来看,防护效果较好。     

桥梁河道三维水力与泥沙数值模型计算研究

从水动力和泥沙运动方程出发,采用雷诺时均的N-S方程,以k-ε双方程模型对紊流方程进行封闭,采用垂向分层的方法建立桥梁墩台冲刷的三维水动力模型。泥沙计算考虑悬移质和推移质泥沙输运,通过求解动网格方程更新整个计算域的网格坐标。通过数值模拟结果与模型试验结果的比较,建立的桥梁墩台冲刷数值模型具有较高的精度。