桥渡冲刷的现状及简评

01 1 5
Bd
-
, 其中 Bd、H 为
H
造床时的河宽和平均 水深 。
河槽一般冲刷 公式 适用情 况 :平原稳 定河 段 ,可使 用式 (2)和包 氏公式 式 ( 1) ;平 原次 稳定 河段 可使 用式 ( 2) 和式
(3) ;平原游荡性河段 ,可使 用式 (3) ;山 区稳定河 段 ,三 式均 可使用 ;山区变迁性河段 ,可使 用式 ( 3) 。
论上建立描 述桥 墩局 部 冲刷 的数 学 模型 ,目前 尚有 不 少困
难 。因而人们将模型试验 、天然实测资 料 、调查 资料 、因次分 析及多变量相关分析等方 法与 理论 研究相互 结合补充 ,从不 同途径获得桥墩局部冲刷 计算 方法 。据不完全 统计 ,国内外
不稳定性 ,其冲刷计算不同于散粒体 。现 用黏性土 河床一般 冲刷公式形式为 :
35
A Q hm 5 8
hp =
B hn 0133 1
(4 )
IL
式中 : hm 为 设计 断面上的最大水深 ; hn 为设计断面 上的
平均水深 ; IL 为黏性土的液性指数 。
213 桥墩局 部冲 刷
长期以来 ,由于桥 墩附 近的近 水流结 构十 分复 杂 ,虽然 有人对其中有关桥墩局部 冲刷 作了 大量的试 验研究 ,但尚未 从试验研究上升 到理 论 。国内 外许多 科技 工作 者力图 从理
(m2
)
;Ω′为桥下需要过水面积
(m2
)
,Ω′=μ(
Q 1 -λ)
V
。
21212 根据输沙平衡原理建立的一般冲刷计 算公 式
输沙平衡原理 :建 桥后 ,若上 游天 然河槽 断面 输移 来的
泥沙量 G1 较少 ,不足 以补 偿桥 下河槽 断面 被水 流冲走 的泥
沙量 G2, 即 G1 < G2 ,则 桥下 河槽断 面达 到输 沙平衡 ,冲 刷随
· 岩 土 工 程与 地 下 工 程 ·
桥渡冲刷的现状及简评
胡守增
(西南交通大学土木工程学院 ,四川成都 610031)
【摘 要 】 对现行的桥渡冲刷的 相关 理论 和公式 进行介 绍和简 单评价 ,最 后就清 水冲刷和 桥渡冲 刷数 值模 拟技 术作 了评述 。 【关键词 】 桥渡冲刷 ; 一般冲刷 ; 局部 冲刷 ; 冲刷组合
【中图分类号 】 U44213+ 2 【文献 标识 码 】 ABiblioteka 1 桥渡冲刷的概念及研究意义
建桥后 ,除了河床 的自 然演 变外 ,还有 由于 桥墩干 扰水 流和泥沙的运动而引起的 河床 冲刷 ,它们 交织在一 起又同时 进行 ,冲刷过程非常复杂 。
根据泥沙运 动及 河床 变形原理 ,引起 桥渡附近 河床变形 的原因分为三类 。第一类 为由 河道自 然演 变所 引起的 河床 变形 ,这类变形在冲积平原的河流上表 现较突出 。其中深槽 变动引起的冲刷 称为 集中冲 刷 。第二 类为 由桥 渡束狭 水流 增加单宽流量所引起的河 床变 形 ,在此 称为一般 冲刷 。第三 类为由桥墩阻水 使水流结 构变 化所引 起桥 墩周 围的河 床变 形 ,称为局部冲刷 。这 三类 变形 是相互 关联 的 ,在 时间 和空 间上是相联且相 关的 。
桥墩冲刷是 桥渡设 计的 关键环 节 。由于 桥墩 冲刷 影响 因素众多 ,难以准确地 预估 ,加 之水文 现象 的变 化对桥 渡的 破坏多属突发性 和偶然 性 ,因此 ,桥墩 冲刷 计算 是桥渡 设计 中最重要和最难 完善 解决 的课题 。
2 桥渡冲刷的研究现状
211 河道天 然冲 刷 河床演变是 十分复 杂的 自然过 程 。对于 河床 的自 然演
这些桥墩局部冲刷公式绝大多数还是经验公式和半经验半理论公式21311经验公式经验公式是针对某一具体问题提出的公式在解决该问题时具有较高的精度但由于其系数参数不确定需要根据具体情况而定所以推广使用比较困难21312半经验半理论公式我国铁路和公路系统协作在泥沙起动理论的基础上根据有关桥墩局部冲刷的实测资料并参考国内外一些试验数据制定了式从现行的公式来看比较成熟且适用的绝大部分是经验公式或半经验半理论公式目前俄罗斯多数设计院使用的公式是前苏联1972制定的铁路公路勘测设计规范中的公式
[收稿日期 ] 2007 - 07 - 20 [作者简介 ]胡守增 ,男 ,安徽潜山人 ,硕士研究生 。
四川建筑 第 2 8 卷 4 期 20 08 108
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·岩 土工程与地下工程 ·
21214 黏性土河床一般冲刷计算公式 对于黏性土 ,由于 其颗 粒具有 粘结性 、不 均匀 性与 化学
宽度; K为综合系数 , K = 1 + 0102lg
Hma x
-
,其中
Hma x为造床流量
Hd
时的最大水深 ; m1 为指数 ;μ为桥墩水流侧向压缩系数 。
21213 根据冲止流速的概念建立的一般冲刷 公式
A Qc hm c 5/3 3/5
hp =
Bc hc
1
(3 )
6
E dc
式中 : A为单宽流 量系 数 , A =
变冲刷 ,目前尚无可靠 的定 量分 析计算 方法 ,实 际应用 上需 根据具体河道的 历史发展 情况 和类似 河流 的实 际观测 资料 作出适当的估计 。另外 ,我国制定的一般 冲刷计算 公式的计 算结果中包含了一部分自 然演 变引 起的冲刷 ,这是 因为这些 公式的系数和指数是根据 桥墩 现场 的实测冲 刷资料制 定的 , 而现场实测资料 中已经包 含了 一部分 自然 演变 引起的 冲刷 在内 ,两者无法分割 ,使用 这些 公式 时应加以考虑 。 212 桥渡一 般冲 刷
现有的非黏性 土一般冲刷 计算公式 ,根据建立 公式的思 想可以分为以下三 类 :根据 别列柳勃斯 基假定建立 的一般冲 刷公式 ;根据输沙平衡原理建立 的一般冲刷公式 ;根据冲止流 速的概念建立的一般冲刷公式 。下面依此对一般冲刷的现有 的研究成果作个归纳 ,然后介绍黏性土一般冲刷公式 。 21211 根据别列柳伯斯基假定建立的一 般冲 刷计 算公式
别列柳勃斯 基假定 :桥 下水流 断面面 积 ,增大 到使 桥下
流速等于河槽天然流 速时 ,冲刷即行停止 。 E·B ·包尔达可 夫根据别列 柳伯 斯基 假 定 ,建 立了 桥下 一 般冲 刷的 经 验公
式 ,即包尔达可夫公式 ,简称包 氏公 式 :
hp = Ph = hΩ /Ω′
(1 )
式中 : hp 为一般冲 刷 安全 检查 度 (m ) ; h 为建 桥前 桥墩 附近的水深 (m) ; P 为冲刷系数 ;Ω为桥下冲刷前的过水面积
之停止 ,一般冲刷深度达 到最大 。式 ( 2) 就是根 据河槽 输沙
平衡原理制定的 。其基本形式 为 :
hp
=K
A Q2 Q1
4m1
B1 μ( 1 - λ) B2
3 m1
hmax
(2 )
式中 :Q1 为计算断面的天然河槽流量 ; Q2 为桥下断面的河
槽流量 ; B1 为计算断面的天然河槽宽度 ; B2 为桥下断面的河槽