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哈工大桥涵水文第七章2(局部冲刷)

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哈工大水力学课件第7章 孔口管嘴出流和有压管流(彩色)

哈工大水力学课件第7章 孔口管嘴出流和有压管流(彩色)

第7章孔口、管嘴出流和有压管流§7.1 孔口出流§7.2 管嘴出流73§7.3 短管的水力计算§7.4 长管的水力计算§7.5 有压管道中的水击§7.1 孔口出流：管道中流体在压力差作用下的流动。

有压管流管道中流体在压力差作用下的流动孔口、管嘴出流：沿流动方向边界长度很小，只需考虑局部损失，不计沿程损失。

短管和长管：沿流动方向有一定的边界长度，流体沿管道满管流动，水头损失包括沿程损失和局部损失。

两类水头损失在全部损失中所占比重不同，将管道分为短管和长管。

1p a g21、自由出流22αα孔口流量系收缩断面流速3、淹没出流H收缩断二、孔口的变水头出流11二、收缩断面的真空2、管嘴长度限制对管嘴的长度也有一定限制。

长度过短，流束收缩后来不及扩大到整个出口断面，收缩断面的真空不能形后来不及扩大到整个出口断面收缩断面的真空不能形成，管嘴仍不能发挥作用；长度过长，沿程水头损失不容忽略，管嘴出流变为短管流动。

3、总结：圆柱形外管嘴正常工作条件≤9m作用水头：H管嘴长度：l = (3~4)d管嘴长度l(34)一、有压管流二、短管概述1三、短管水力计算问题校核计算（验算输水管道的输水能力）：已知H , l, d,管材, 局部阻碍，求Q局部阻碍求选泵计算：已知Q, l, d, 管材, 局部阻碍，求H设计计算：已知Q, H, l, 管材, 局部阻碍，求d沿线绘制总水头线和测压管水头线1、虹吸管水力计算定义：管道轴线的一部分高出无压的上游供水水面，这样的管道称为虹吸管一水池高于另一水池形成条件水池高于另水池虹吸管中充满水有部分管道高于上游的供水自由液面有管道高优点：利用虹吸管输水可跨越高地，减少挖方，便于自动操作，在农田水利和市政工程中广为应用。

例7-1：=20m，d =200mm。

入口==1各弯头l CB 20m，d 200mm。

入口ζA 1，出口ζB 1,各弯头均为0.2，λ=0.025，管顶最大允许真空高度［h s 列1-1、c-c断面伯努利方程2、水泵吸水管的水力计算2，列伯努利方程取吸水池水面1-1和水泵进口断面2-2，列伯努利方程泵的安装高度例7-2直径直径d=100mm。

大工13秋《桥涵水文》辅导资料十七

大工13秋《桥涵水文》辅导资料十七

桥涵水文辅导资料十七主题：第七章调治构造物学习时间：2014年1月20日－1月26日内容：一、学习要求1、掌握调制构造物的结构及相关计算。

二、主要内容及案例分析什么是调治构造物？导流堤、丁坝、顺坝、挑水坝、其他桥头防护工程调治构造物的功能：调节水流使其均匀、顺畅地流过桥孔，防治桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不利变形，确保桥梁安全。

调治构造物的布设原则：顺应水势、因势利导、因地制宜结合河段特性，水文、地形和地质等自然条件，桥头路堤位臵，通航要求，水利设施等因素综合考虑，兼顾两岸、上下游、洪水枯水位，确定总体布臵方案。

水文及河床变形复杂的河段，桥孔和调治构造物布设应做水工模型实验，进行分析验证。

导流堤的设计洪水频率与桥梁设计洪水频率相同。

丁坝等其他调治构造物的设计洪水频率应与所依托的工程设计洪水频率相同。

导流堤的作用：导流堤的主要作用是引导水流平顺通过桥孔，提高桥孔泄洪能力，减少对桥下河床的集中冲刷，减缓冲刷进程，减少对墩台的冲刷威胁。

无导流堤时，被桥头路堤阻断的河滩水流将斜向流入桥孔，可引起桥台附近的严重冲刷；设臵导流堤后，桥下河床的冲刷分布趋于均匀，并扩散到桥梁上下游的较大范围，减缓了冲刷进程。

如何设臵导流堤？河滩流量较大时，桥上游应修建导流堤，引导上游水流和河滩水流逐渐改变方向，形成平行水流，平顺地通过桥孔，使桥下断面的流速、水深及输沙等分布都较为均匀，避免桥下和桥头出现集中冲刷。

根据河滩流量占总流量的比例来确定，一般认为，被河滩路堤阻断的河滩流显占总流量的15％(单侧河滩)或25％(双侧河滩)以上时，需设臵导流堤；小于上述数值时，可设臵梨形堤；小于5％时，加固桥头维坡即可。

当河滩水深小于1m，或桥下冲刷前的平均流速小于1m/s时，则不必设臵导流堤。

一、导流堤的绕流导流堤水流的绕流决定了导流堤合理的平面线形，以与绕流流线配合较好、堤长适当、设计施工简便的线型为佳。

河滩水流弯曲绕过A点，这里水流集中，流速大，水面雍高。

哈工大桥涵水文第七章2局部冲刷培训讲学

哈工大桥涵水文第七章2局部冲刷培训讲学

第六章 桥墩和桥台冲刷
当V大于V0’并继续增大时，河床继续冲刷，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲 刷深度hb与流速V呈直线关系增长。
流速V增大到床沙的启动流速V0(垂线平均流速)时，床面泥沙大量起动，上游 泥沙进入冲刷坑，有些泥沙将滞留在坑内，冲刷坑深度的增长将因来沙的补 偿而减缓；因此，当V大于V0并继续增大时，局部冲刷深度hb与流速V则呈曲 线关系。
桥台的最低冲刷高程为：
H mi nH S h h s
第六章
二、安全埋入深度：
桥梁类别
一般大中桥梁
特殊大桥
基底埋深安全值(m)
总冲刷深度（m）
0
5
10
15
1.5
2.0
2.5
3.0
2.0
2.5
3.0
3.5
桥墩和桥台冲刷
20 3.5 4.0
三、例I
v 1.25
L
hb
K
B 0.6 1
I L e 0.7 v
e 孔隙比
§6-5 桥台局部冲刷
一、桥台绕流的水流结构
第六章 桥墩和桥台冲刷
第六章 桥墩和桥台冲刷
二、桥台的冲刷计算：
第六章 桥墩和桥台冲刷
1、沙性土河床 桥台冲刷深度随桥台路堤阻水长度LD、被阻水流的深度h和水流弗汝德数Fr
C
0.1 5
90
则桥台沙性土河床冲刷深度计算公式为：
hs 1.95Fr0.20 LDh 0.50CCA
或 hs 1.95Fr0.20A0 Z.5C 0 CA
第六章 桥墩和桥台冲刷
2、粘性土河床：
根据：qmax hpvZ
由于：vZ
0.33
1 IL
3 hP5

第七章 桥墩和桥台冲刷总结

第七章 桥墩和桥台冲刷总结

7.1 泥沙运动
五、含沙量和携沙能力 含沙量(g)是单位体积内水流中所含悬移质的质量，单位是kg/m3。 在一定的水力条件和边界条件下，单位体积的水流，能够挟带泥沙的最 大数量(质量)，包括悬移质和推移质的全部泥沙数量，称为水流的挟沙能力 。对于颗粒很细的平原区河流，悬栘质占绝大部分，挟沙能力可近似地用最 大含沙量来表示。
桥涵水文
7.2 河床演变和河相关系
立轴副流
形成于桥台前缘、丁坝头部或河槽宽度突变处；水流在此扰流，产生边 界层分离，在分离点靠近边界一侧形成高速旋转的立轴漩涡，漩涡不停地向 下游传播和扩展，形成下游的回流区。 其结果使分离点床面形成冲刷坑，下游回流区产生淤积。
平轴副流
形成与急流与缓流衔接处，水面产生面滚，水底产生底滚。 多发生在小桥涵出口处，底滚造成垂裙冲刷，引起小桥涵的水毁。
凹岸超高：
桥涵水文
7.2 河床演变和河相关系
二、河床演变
河流断面形态的变化。 纵向变形
横向变形 河床演变是水流与泥沙长期 相互作用的结果，并通过泥沙运 动来实现；
桥涵水文
7.2 河床演变和河相关系
二、河床演变 河道输沙不平衡是河床演变的根本原因。当上游来沙量大于本河段的水 流挟沙力时，水流没有能力把上游来沙全部带走，产生淤积，河床升高。当 上游来沙量小于本河段的水流的挟沙力时，便产生冲刷，河床下降。在一定 条件下，河床发生淤积时，淤积速度逐渐减少，直至淤积停止，河床发生冲 刷时，冲刷速度逐渐减低，直至冲刷停止。 河流横断面输沙不平衡，引起河床横向变形。河湾水流受重力和离心 力共同作用，形成螺旋流水流在弯顶及其下游集中沿凹岸流动，凹岸一侧侠 沙能力大，冲刷严重；螺旋流的底流把凹岸泥沙带到下游的凸岸，沉积下来 ，形成河湾凹岸后退、凸岸增长、河湾发展的现象。

桥涵水文知识点总结

桥涵水文知识点总结

第一章：河川径流1..地面径流：降落到地面上的水，除掉损失的一部分以外，在重力作用下沿着一定方向和路径流动形成的水流。

（地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流最后汇聚而成河流）河谷：河流流经的谷地。

河床：河谷底部有水流的部分。

河川径流：受重力作用沿河床流动的水流。

2.河流的基本特征: 河流断面，河流长度和河流比降。

3.流域：几何特征和自然地理特征。

4.山区河流特点：坡面陡峻，岩石裸露，汇流时间短，而且降雨强度大，以致洪水暴涨暴落,但持续时间短，水位和流量的幅度变化极大。

5.径流形成过程：一，降雨过程；二，流域蓄渗过程：三，坡面漫流过程;四，河槽集流过程。

（及其直接的关系）6.影响径流的因素：一，气候因素（包括降雨和蒸发）；二，下垫面因素。

7.水量补给来源：一，雨源类（秦岭，淮河以南地区）二，雨雪源类（华北，东北和部分西北地区）三，冰雪源类（西北地区新疆、青海等地）第二章水文统计原理1.水文现象特征：周期性、地区性和偶然性。

2.水文现象研究方法：成因分析法（小型）、地区归纳法（中型）、数理统计法（大型）。

3.频率：在一系列不重复的独立重复试验中，某一时间出现的次数与试验总次数的比值。

4.几率：在一定的条件可能出现也可能不出现，若用一个具体的数值表示出现的可能性大小，该数值称为几率。

（及其频率与概率的区别，注意！）5.累积频率（P）：大于和等于某一流量值出现的次数与总次数的比值。

重现期：T（年）=1/P2%的频率表示平均50年出现一次，但不表示100年一定出现两次。

6.维泊尔公式：P=m/n+1; P——统计系列中m项随机变量的经验频率；n——统计系列的容量；m——计算随机变量的序号7.根据我国多年使用经验，认为皮尔逊Ⅲ型曲线，比较符合我国多数地区水温现象的实际情况。

8.σ（均方差）21()n i i X X n σ=-=∑模比系数i K ，i i X K =i Q X Q= 2211(K 1)1()/(1)=n i n i v i i C XX n X X n σ==-==--∑∑ （用样本推算总体） 2211(K 1)1()/=n i n i v i i C X X n X Xn σ==-==-∑∑ （按总体计算） 331(1)/(3)ns i v i C K n C ==--∑ （用样本推算总体）331(1)/n s i v i C K nC ==-∑ （按总体计算）对于年最大流量系列 (1)p v p Q C Q K Q =Φ+=9.皮尔逊曲线族都是密度曲线，密度曲线的函数成为密度函数，皮尔逊Ⅲ曲线为一段有限，一段无限的偏态曲线，正偏态时，左边有限，右端无限的偏斜铃型曲线。

哈工大桥涵水文第七章1(泥沙运动与一般冲刷) (1)

哈工大桥涵水文第七章1(泥沙运动与一般冲刷) (1)

桥墩和桥台冲刷
2、泥沙的重力特性 泥沙的水力特性： 表示。 3、泥沙的水力特性：泥沙的水力特性用水力粗度或沉速表示。 泥沙的起动流速v 二、泥沙的起动流速v0
我国桥墩冲刷计算中的常用公式中有张瑞瑾导出的公式: 我国桥墩冲刷计算中的常用公式中有张瑞瑾导出的公式:
h v0 = d
0 . 14
第六章
桥墩和桥台冲刷
§6-1 泥沙运动
定义： 定义：泥、土、沙、石等的混合体，统称泥沙。 石等的混合体，统称泥沙。 冲刷现象 淤积现象 按泥沙在河槽内的运动情况， 三类： 按泥沙在河槽内的运动情况，可分为悬移质、推移质和床沙三类： 悬移质、推移质及床沙三者间的颗粒大小分界与水流速度大小有关。 悬移质、推移质及床沙三者间的颗粒大小分界与水流速度大小有关。
一、泥沙的主要特性
1、几何特性 用粒径表示。 简称粒径) 平均粒径、 1）用粒径表示。其中有等容粒径(简称粒径)、平均粒径、中值粒径等，此外 还有d95等。 粒径级配曲线（粒配曲线） 2）粒径级配曲线（粒配曲线）：
粒配曲线：标准筛孔径与泥沙颗粒通过标准筛某一孔径的百分率的关系曲线 粒配曲线：
第六章
10 + h −7 • 29 d + 0 .72 × 6 . 05 × 10 d
1 2Leabharlann 第六章桥墩和桥台冲刷
三、沙波运动
四、推移质输沙率
k0 γ sγ v3 (v − vk ) ⋅ gb = 2 ⋅ C0 γ s − γ gω
五、含沙量与挟沙能力 六、河床的粗化
第六章
桥墩和桥台冲刷
第六章
桥墩和桥台冲刷
对于各种河床的自然演变冲刷，在河流动力学和河道整治的有关书籍中， 对于各种河床的自然演变冲刷，在河流动力学和河道整治的有关书籍中，有一些计算 方法可供参考。但由于影响河床演变的因素很多，又极其错综复杂， 方法可供参考。但由于影响河床演变的因素很多，又极其错综复杂，难以得到可靠的 计算结果。目前在实际的工作中，主要是通过实地调查或参考类似河流的观测资料， 计算结果。目前在实际的工作中，主要是通过实地调查或参考类似河流的观测资料， 结合河段的特点和整治规划，估计建桥后可能发生的河床变形， 结合河段的特点和整治规划，估计建桥后可能发生的河床变形，作为桥梁墩台的自然 演变）冲刷，进行设计。具体做法，可以参阅《桥位勘设规程》 （演变）冲刷，进行设计。具体做法，可以参阅《桥位勘设规程》。 桥位勘设时测绘的桥位河床横断面，一般都是枯水或中水断面。 桥位勘设时测绘的桥位河床横断面，一般都是枯水或中水断面。考虑到建桥后河床演 变的发展，在计算河床的冲刷深度时，应按不同类型的河段，选择“计算断面” 变的发展，在计算河床的冲刷深度时，应按不同类型的河段，选择“计算断面”： 平原顺直型河段：可取桥位上游附近的最大水深断面作为计算断面； 平原顺直型河段：可取桥位上游附近的最大水深断面作为计算断面； 平原弯曲型河段：可取桥位上游附近河湾半径最小的河湾顶点断面作为计算断面； 平原弯曲型河段：可取桥位上游附近河湾半径最小的河湾顶点断面作为计算断面； 游荡型和变迁型河段：应取桥位附近若干河床断面重叠后的外包线，作为计算断面； 游荡型和变迁型河段：应取桥位附近若干河床断面重叠后的外包线，作为计算断面； 山区河段的河床断面变形不大，可取桥位断面作为计算断面。 山区河段的河床断面变形不大，可取桥位断面作为计算断面。 按上述做法，桥位勘测时需要测绘很多河床断面。为了简化桥位勘测工作， 按上述做法，桥位勘测时需要测绘很多河床断面。为了简化桥位勘测工作，在河床演 变不很剧烈的河段，一般可用桥位断面作为计算断面，同时， 变不很剧烈的河段，一般可用桥位断面作为计算断面，同时，考虑桥位上游最大水深 的可能下移，采用实测或调查的桥位附近最大水深，作为计算断面的最大水深。 的可能下移，采用实测或调查的桥位附近最大水深，作为计算断面的最大水深。

哈工大桥涵水文第七章2局部冲刷

哈工大桥涵水文第七章2局部冲刷

第六章
桥墩和桥台冲刷


二、桥台的冲刷计算：
1、沙性土河床 桥台冲刷深度随桥台路堤阻水长度LD、被阻水流的深度h和水流弗汝德数Fr 有显著关系：
hs 1.9 5F 或
0.20 r
LD h
0.50
50 hs 1.9 5Fr0.20 A 0. Z
第六章
桥墩和桥台冲刷


同时发现：冲刷深度受水流与桥轴线交角(即：桥台挑角α) 大 小的影响；引入挑角系数Cα； 桥台的形状对绕流也有明显的影响；引入系数CA。
根据：q max h p v Z
3 1 5 由于：v Z 0.33 I h P L 桥台附近最大单宽流量 q max可以由桥台附近流速分 布图导出
因此： 3 h s qI L 1.05e1.97 C C A 1
5 8
第六章


桥墩和桥台冲刷
当V大于 V0’并继续增大时，河床继续冲刷，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲 刷深度hb与流速V呈直线关系增长。 流速V增大到床沙的启动流速V0(垂线平均流速)时，床面泥沙大量起动，上游 泥沙进入冲刷坑，有些泥沙将滞留在坑内，冲刷坑深度的增长将因来沙的补 偿而减缓；因此，当V大于V0并继续增大时，局部冲刷深度 hb与流速 V则呈曲 线关系。
n
第六章
桥墩和桥台冲刷

3、包尔达可夫公式：
v p hb v max 式中： 1 h p
v p 桥下设计流速（ m / s），一般取 v p vz ; vmax 岩土容许不冲刷流速（ m / s）见附录 1 ； n 墩台形状指数，见表 13 3。
第六章
桥墩和桥台冲刷

桥涵水文7精品PPT课件

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桥位河段的水流图式，反映了建桥后水流和泥沙 运动的变化，并表现了桥孔长度、桥前雍水和桥 下冲刷三者之间的关系，应作为桥孔计算的分析 依据。
§7、2 桥孔长度计算
三峡大坝泄洪场景
泄洪！
1.基本概念
1）桥孔长度（L）：设计水位上两桥台前缘之间（埋入式桥台 为两桥台护坡坡面之间）的水面宽度。
2）桥孔净长（Lj）：桥长L扣除全部桥墩宽度（顺桥方向）后 的长度。
建桥后有导流堤时的流水平面
平面图：有导流堤时为上游坝端的② 达到最大壅水高度Δz。水流接近桥 孔时，宽、 深度都急剧收缩，有导流堤时桥位中线③为收缩断面， 水面最窄，流速最大，然后水流逐渐扩散，到④恢复天然状态。
建桥后纵断面
纵断面：壅水范围内，流速减小，泥沙淤积；最大壅水断面下 游，流速增大，河床冲刷。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
事故二
辽宁浑河上游苏子河段的连接抚顺和清源之间的东南杂木大桥发生坍塌
初步分析
• 中间有一处桥墩被大水冲毁，随之有两 跨上部结构掉入水中。
• 水的流速大，造成桥梁下部基础被冲毁 ，是冲刷深度大于基础（扩大基础）的 埋深所致，纠其原因应该是桥梁设计时 未考虑这么大的水，桥跨布置过小，河 床段面压缩过大所致。
经专家初步论证，翼墙开裂、坍塌主要是因为水位落差高达1米之多造 成水流过急形成涡流所致。
事故四
勋阳汉江公路大桥
三峡大坝泄洪场景
桥与水
• 1 墩台埋置深度－河床变形及冲刷深度 • 2 桥孔长度－泄洪（设计流量） • 3 桥面标高－设计水位 其它：桥面排水
• 水文计算的任务——预估未来的水文情祝。
河流类型
又称过水面积冲控刷制系法数。 备注
山区 山前区 平原区
峡谷段

桥涵水文第七章桥墩桥台冲刷计算概论

桥涵水文第七章桥墩桥台冲刷计算概论

长安大学
桥涵水文
11
7.1 泥沙运动
五、含沙量和携沙能力
含沙量(g)是单位体积内水流中所含悬移质的质量，单位是kg/m3。 在一定的水力条件和边界条件下，单位体积的水流，能够挟带泥沙的最 大数量(质量)，包括悬移质和推移质的全部泥沙数量，称为水流的挟沙能力 。对于颗粒很细的平原区河流，悬栘质占绝大部分，挟沙能力可近似地用最 大含沙量来表示。
桥涵水文
6
7.1 泥沙运动
一、泥沙主要特性
2. 重力特性 泥沙重力特性用泥沙颗粒实体的单位体积的重力来表示，称为容重 γs（或重度）。 3. 水力特性 泥沙的水力特性，用泥沙颗粒在静止的清水中均匀下沉的速度来表 示，称为沉速，符号为ω（cm/s）。
2020/11/17
长安大学
桥涵水文
7
7.1 泥沙运动
二、泥沙的起动
泥沙起动条件可用起动流速v0和起动床面切应力τ0两种形式来表示。我 国桥梁冲刷计算中，采用起动流速作为判别床面泥沙运动状态的标准。
起动流速就是床面泥沙颗粒在各种外力作用下，失去平衡，泥沙开始运 动时的水流垂线平均流速（m/s）。
张瑞瑾
v0
h d
0.14 29d
10 h 0.000000605 d 0.72
局部冲刷
• 水流流入桥孔， 在桥台前缘、 桥墩周围或调 治构造物边缘 等部位形成绕 流，形成漩涡， 产生很大的床 面切力，形成 冲刷坑。
2020/11/17
长安大学
桥涵水文
3
主要内容
2020/11/17
31 泥沙运动 2 河床演变和河相关系 3 桥下河床断面的一般冲刷 4 桥墩局部冲刷 35 桥台冲刷 6 最低冲刷线高程和计算实例

07 墩台冲刷计算

07 墩台冲刷计算

第七章 墩台冲刷计算
第二节 桥下一般冲刷
右滩：
QtP
t C t ht
i 1
( i C i hi )
n
QP
(6 7)
365.2 20 1.73 6000 361.8 35 2 1260 50 3.82 365.2 20 1.73 383m 3 / s
水力学与桥涵水文
第七章 墩台冲刷计算
冲刷的类型

自然演变冲刷:

桥位河段因河床自然演变而引起河床的；

一般冲刷:

因建桥压缩水流而引起桥下整个河床断面普遍存在的；

局部冲刷:

水流因墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷，称为墩台局 部冲刷。
水力学与桥涵水文
第七章 墩台冲刷计算
冲刷的计算

桥梁墩台冲刷是受多种因素同时交叉影响产生
L 766.125 m
桥台
1 .7 m
93.18 m 1 .5 m 90.88 m
桥台
沙粘土
87.50 m
hmax 5.4m
I L 0.55 沙粘土
87.78 m
中沙 河槽 中沙 m 右河滩 左河滩 363 d 0. 83.00m 32mm 沙夹圆砾 d mm 6.49
位勘设规程》。
水力学与桥涵水文
第七章 墩台冲刷计算

9-2019-桥涵水文冲刷-局部

9-2019-桥涵水文冲刷-局部

8
编 号
表5.4 墩形系数 （p386-390）： 1
5.6.1 桥墩冲刷
墩形示意图
墩形系数 k
1.00
桥墩计算跨度 B1 B1=d
不带联系梁 k =1.00
带联系梁：
2
α 0° 15° 30° 45°
B1=d
k 1.00 1.05 1.10 1.15
3
B1 L bsin b
冲刷深度 滩地水深
桥台阻挡滩地水流宽
0.43
ys ya
2.27K1K2

L ya

F 0.61 r

1
（5-81）
斜交系数 / 900.13
台形状系数
Qe---桥台阻挡流量； Ae---桥台阻挡过流面积
2019/5/13
Fr
ve Qe / Ae
gya
gya
（5-82）
0.39~0.42 0.92
0.43~0.47
2019/5/13
34
31
5.6.2 桥台冲刷 新西兰：采用桥墩冲刷公式计算×桥台冲刷系数
桥台冲刷形状 系数
2019/5/13
新西兰University of Auckland Melville教授研究组
32
5.6.2 桥台冲刷
美国： a)适用于清水和动床（非粘土）

Uc95
起动流速
（5-69） （5-70）
Uc50

6.19h11/
d6 1/ 3 50
（国际单位）
15
5.6.1 桥墩冲刷
பைடு நூலகம்
宽墩影响系数 Kw：
宽墩条件：
h 0.8 a a 50 ds

桥涵水文第七章桥墩桥台冲刷计算

桥涵水文第七章桥墩桥台冲刷计算
式（7-15）表明，推移质输沙率gb与流速4次方成正比，表明推移质输 沙率对流速十分敏感。因此，大多数推移质集中在流速最大的主流区内，而 且一年中推移质的很大部分是在几次大洪水过程中通过的。
桥梁墩台和丁坝等建筑物附近的冲刷，主要与推移质运动有关。
7.1 泥沙运动
五、含沙量和携沙能力
含沙量(g)是单位体积内水流中所含悬移质的质量，单位是kg/m3。 在一定的水力条件和边界条件下，单位体积的水流，能够挟带泥沙的最 大数量(质量)，包括悬移质和推移质的全部泥沙数量，称为水流的挟沙能力 。对于颗粒很细的平原区河流，悬栘质占绝大部分，挟沙能力可近似地用最 大含沙量来表示。
三、河相关系
冲积河床在水沙长期相互作用下，逐渐形成一种均衡的河床形态。 描述这些河床均衡形态的几何因素(河宽B、平均水深h、比降i、弯道半 径R等)与来水，来沙条件(Q、d等)存在一定的对应关系，称为河相关系，又 称均衡关系。
7.2 河床演变和河相关系
三、河相关系
造床流量：在为了研究河相关系，引用一个与多年连续综合造床作用相当 的某个流量数值作为代表流量，称为造床流量； 最大洪水流量对河床作用强烈，但历时短，造床作用不是最大；枯水流量 历时长，但流量小，造床作用也不是最大，因而，造床流量应该是一个比较 大，而历时比较长的某一级洪水流量。 桥位设计中，通常采用与平滩水位相应的流量作为造床流量。因为水位升 高、漫滩时，水流分散，造床作用降低；水位低于滩面时，流速较小，造床 作用也不是最强。 对于河滩河槽难以划分的游荡性、变迁性河段，可用多年平均的最大洪水 流量作为造床流量
7.2 河床演变和河相关系
二、河床演变
影响河床演变的因素是非常复杂的，但对于任何一个河段，影响水流与 河床相互作用的主要因素有如下几个方面：

桥涵水文课件第七章

桥涵水文课件第七章

无铰攻的拱脚，可被设计洪水淹没， ① 无铰攻的拱脚，可被设计洪水淹没，淹没高度一般不 宜超过拱圈矢高的2/3 2/3； 宜超过拱圈矢高的2/3；拱顶底面至设计水位的净高不小 于1m。山区河流水位变化大，桥下净空安全值可适当加大。 1m。山区河流水位变化大，桥下净空安全值可适当加大。
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
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一、建桥后的水流图式
冲淤状态： 冲淤状态： 壅水段，过水断面水深沿流向逐渐增大， 1～2壅水段，过水断面水深沿流向逐渐增大， 流速则由天然流速逐渐减小， 流速则由天然流速逐渐减小，挟沙能力渐渐 减弱，因而该段出现淤积； 减弱，因而该段出现淤积；2～4水面降落收 缩段，因有效过水面积沿流程逐渐减小， 缩段，因有效过水面积沿流程逐渐减小，流 速相应增大， 速相应增大，挟沙能力随之转向恢复后又提 高，则该段河底出现淤积量沿程逐渐减小而 转为冲刷； 扩散段， 转为冲刷；4～5扩散段，该段沿流向冲刷由 大变小转为淤积， 大变小转为淤积，又从淤积逐渐恢复天然输 沙平衡状态。 沙平衡状态。
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第七章 大中桥孔径计算
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第七章 大中桥孔径计算 主要内容
第一节 第二节 确定 桥孔最小净长Lj计算 桥孔最小净长Lj计算 Lj 桥面中心和引道路堤最低设计标高的
学习目标： 学习目标：
中 国 矿 业 大 学 建 筑 工 程 学 院
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二、桥孔最小净长Lj计算
说明：影响桥孔净长的因素较多， 说明：影响桥孔净长的因素较多，目前还没 有能同时反映各种影响因素的桥孔净长的公 式。上述公式的计算结果仅为满足排洪输沙 需要的最小桥孔净长，确定桥长时， 需要的最小桥孔净长，确定桥长时，可参照 计算结果，运用标准跨径， 计算结果，运用标准跨径，结合桥位两岸地 河床断面形态、河床演变趋势、 形、河床断面形态、河床演变趋势、河床地 质特点、 质特点、桥台和桥头引道高度等因素综合考 虑。

哈工大桥涵水文

哈工大桥涵水文
解：
二、经验公式法
按《公路工程水文勘测设计规范》（2002）规定桥长计算多采用经验公式。对于狭谷 性河段，一般按地形布孔，不作桥长计算。其它类形河段，该规范推荐下述经验公式 计算桥孔净长Lj。
1、对于有明显河槽的各类河段：
Lj
K ( QS QC
)n BC
Lj : 最小桥孔净长度m
QS : 设计洪水流量m3 / s
A冲前
v冲后
按照别列柳伯斯基的假定，当设计流量为Qp时，有
QP v冲后 A冲后 vs PA冲前
所谓冲刷系数法，即以冲刷系数p作控制条件，推求桥下河槽冲
刷前最小过水面积，从中确定桥孔最小长度的计算方法，因此 又称为过水面积控制法。
第四章 大中桥孔径计算
标准跨径为L0 单孔净长为lj 桥墩所占过水断面面积为Ad 桥孔净长对应的净过水面积为Aj 桥孔有效过水断面面积为Ay 设桥孔侧收缩系数为μ 桥墩阻水引起过水断面面积折减的系数为λ 收缩断面两侧的涡流所占桥下过水断面面积为Ax 冲刷前桥下含桥墩在内的毛计算过水断面面积为Aq，有
得Aqx = 1053m2 ≈ Aq
由此得桥长L=120m，桥孔孔数=120/30=4
第四章 大中桥孔径计算
例2：某桥跨越次稳定性河段，设计流量QP=8470m3/s，河槽流 量QC=8060m3/s，河床全宽B=370m，河槽宽度BC=300m，设计水 位下河槽平均水深hC均=6.4m，河滩平均水深ht均=3.5m，试计算 桥孔净长。
Ajx)； ③取Aqx≥Aq(略大于Aq)且水面宽度最小的布设方案为最后采用方
案，由此所得的最小水面宽度即所求桥长L(或Lj)。 ④综台地质、地形，航运及基础类型等要求，按标准跨径划分桥
孔长度、布设桥孔孔数。其中桥孔长度应取整米数，实际过水面 积应等于或略大于按公式计算所得的过水面积。

桥涵水文课后习题答案

桥涵水文课后习题答案

CSU习题4-1解：各部分的平均流速、各部分面积以及各部分流量计算结果如下表。

计算示例如下：()s m v /8.16.10.2212=+=；()226337.1767.57.352.221m w =⨯+⨯=；s m S v Q /7407.313222=⨯=因此水位标高31m 时通过的总流量：s m Q Q i /103.1433==∑ 过水断面面积：2105.72m w w i ==∑断面平均流速：s m wQv /985.1==将所得结果标到该形态断面水位关系曲线图上，如下：左河滩流量s m Q /653.1835.20029835.0839.01232/13/2=⨯⨯⨯=左 右河滩流量s m Q /359.17812.170029835.0813.11232/13/2=⨯⨯⨯=右故河槽部分流量s m Q /091.124359.17653.1103.143Q -Q -Q 3=--==右左总河槽 从而主槽粗糙系数为91.1912112.0458.51091.1241=⨯=n习题5-1解：第一步，把流量i Q 按递减顺序重新排列，并用维泊尔公式计算经验频率，如下图，这些离散点组成一条经验频率曲线第三步，计算统计参数smQnQnii/913.43231010131===∑=-；46924.01121=-⎪⎭⎫⎝⎛-=∑=--nQQQCniiV；第四步，分别假设sC等于0.1、0.2、0.5，计算出若干组理论频率曲线，如下表第五步，选择一条最合适的曲线，在上图中，以偏差系数1.0 s C 时的曲线与经验点群吻合得较好，最终确定其为选定的理论频率曲线。

该一般大桥的设计流量为s m /36.933习题6-1解：1、检算梁底水位(1)由题4-1形态断面水位关系曲线，得设计流量通过时的水位标高为30.4m 。

因为河道接近均匀稳定流，所以设计流量通过桥址断面的水位标高()m H p 04.301200029835.04.30=⨯-=(2)计算桥下河床断面（水位30.04m ）桥下左滩：过水面积20435.1m w = 湿周 m x 0514.2=水力半径 m R 5087.0= 流速 s m v /4177.0=流量s m Q /436.00435.14177.03=⨯=桥下主槽：过水面积2208.40m w =湿周 m x 827.158302.22.77974.5=++= 水力半径 m R 54.2= 流速 s m v /0337.2=流量s m Q /77.81208.400337.23=⨯=桥下右滩:过水面积26094.95794.003.9m w =+= 湿周 m x 542.85242.10178.7=+= 水力半径 m R 125.1= 流速 s m v /709.0=流量s m Q /813.66094.9709.03=⨯=(3)计算桥下壅水高度Z ∆扣除墩台阻水面积后的桥下净面积为()2442.4304.282704.30215.103.9208.40m w j =--⨯⨯-+= 桥下流速s m w Q v j p m /149.2442.4336.93=== 建桥前从桥孔部分通过的流量为s m Q om /1723.88709.003.977.813=⨯+=()s m w Q v om om om /7907.103.9208.401723.88=+== 因此2001.1==om m v v R查图6-2，65.0=s K ，得桥前壅水高度()m v vR K Z omms m 205.011.022=--=∆取桥下壅水高度m Z 102.0205.05.0=⨯=∆ (4)检算标高最高水位m L Z H H p s 442.303.0102.004.30=++=∆+∆+=桥下净空()m 438.0442.3088.30=-小于0.5m ，因此梁底水位标高不满足要求。

哈工大桥涵水文-大作业2答案

哈工大桥涵水文-大作业2答案

解：(一)桥下壅水高度的计算：
v0M 2.60m / s；vc 3.10m / s
Aj
1 A 1 1.4 1340 1286.4m2
35
vM
Qp Aj
3500 1286.4
2.721m / s
vM

vM
1

0.5d
0.25 50
表一：河床第二层土(中砂)颗粒分析
钻孔号
取样标 高(m)
di(mm)
1.50
0.75
0.38
0.18
0.08 0.03 0.008 0.002 Σ(di*Pi)
Σdi*Pi 100
1
84.2 Pi(%) 1.00 18.50 47.40 16.50
2
87.0 Pi(%) 5.64 3.64 21.64 46.30
5、某山前区河流上拟建一座中等桥渡，不通航。已知设计水位Hp=63.5m，波浪 高度hL=0.3m，桥前最大壅水高度ΔZ=0.2m，上部结构高度ΔhD=1.1m，为简 支梁桥，不计水拱现象及河床泥沙淤积影响。求桥面标高。
不通航河段，按设计洪水位计算桥面高程：
H min H s h hj hD
2457 285.6 3.76m / s 578
Aj 1 A 1 0.04 578 555m2
vM
Qp Aj
2457 4.427m / s 555
vM

vM
1
0.5d
0.25 50

vM vc

4.427
4.217
1
通航河段桥面高程：Hmin HSB hj hD 已知：HSB 68.3m；hD 1.1m；hj 8m Hmin Hs hj hD 68.3 10 1.4 79.7m

某跨海大桥复合桥墩潮流作用下局部冲刷深度的数值分析

某跨海大桥复合桥墩潮流作用下局部冲刷深度的数值分析

某跨海大桥复合桥墩潮流作用下局部冲刷深度的数值分析查雅平;张永良;余锡平;卢吉【摘要】桥墩冲刷已被公认为桥梁水毁的一个重要原因,为了确保桥梁的安全和减少因大桥关闭引起的交通中断,准确评价桥梁冲刷深度从而采取相应对策措施显得非常必要.对目前大桥工程普遍采用的复合桥墩的冲刷深度进行研究,主要结合某一跨海大桥不同桥型方案(三塔斜拉、三塔悬索和双塔斜拉),采用SMS软件中的FESWMS模块,分析了在大桥运行期内潮流作用下复合桥墩周围最大可能冲刷深度,从而为工程设计提供理论依据.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2009(000)001【总页数】6页(P97-102)【关键词】桥墩;局部冲刷;数学模型;跨海大桥【作者】查雅平;张永良;余锡平;卢吉【作者单位】中交公路规划设计院,北京,100010;清华大学水利系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084;清华大学水利系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084;清华大学水利系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】U442海洋环境中设置结构物（如桥墩），就会改变其周围的水流条件，并产生一种或多种水力现象（图1）：收缩流、结构物前马蹄形涡流、表面涡流、下降流动、尾流漩涡、波的反射和衍射、波浪破碎、土壤中压力差。

这些水力现象通常引起结构物周围泥沙输移能力的增加，导致局部冲刷，进而影响结构物的安全。

对于跨海大桥，为了避免由桥墩局部冲刷引起的桥梁水毁，已对桥墩周围局部冲刷特性进行了大量的试验和理论研究，并对这些研究成果进行了系统的综述和回顾[1]。

近来，Coleman[2]对复合桥墩（由墩柱、墩台及其下面群桩组成）周围的局部冲刷首先进行了回顾，然后考虑了墩台高度变化情况下的海床冲刷过渡过程，并对在复合桥墩处局部冲刷特性进行了试验和理论研究，所得结果更接近实际，而这方面的研究目前较少。

本文结合某跨海大桥工程，对各种桥型复合桥墩的局部冲刷进行数值研究，从而揭示复合桥墩下的冲刷特性。

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h h
s
= 1 . 95 F = 1 . 95 F
0 . 20 r
(L
A
D
h
)0 . 50
或
0 . 20 r s 0.50 Z
第六章
桥墩和桥台冲刷
同时发现：冲刷深度受水流与桥轴线交角( 同时发现：冲刷深度受水流与桥轴线交角(即：桥台挑角α) 大 桥台挑角α) 小的影响；引入挑角系数Cα Cα； 小的影响；引入挑角系数Cα； 桥台的形状对绕流也有明显的影响；引入系数C 桥台的形状对绕流也有明显的影响；引入系数CA。
H
min
= H
S
− h P − hb
桥台的最低冲刷高程为： 桥台的最低冲刷高程为：
H
min
= H
S
− h − hs
第六章
桥墩和桥台冲刷
二、安全埋入深度： 安全埋入深度：
基底埋深安全值(m) 基底埋深安全值 桥梁类别 0
一般大中桥梁
总冲刷深度（ ） 总冲刷深度（m） 5 2.0 2.5 10 2.5 3.0 15 3.0 3.5 20 3.5 4.0
K ξ − 墩型系数，见附录 14 B1 − 桥墩计算宽度（ m），见附录 v0 − 河床泥沙起动流速（ m / s）， v0 = 0.28(d + 0.7 )
0. 5 0.55 ' v0 − 墩前泥沙起冲流速（ m / s）， v0 ' = 0.12(d + 0.5)
v − 冲向桥墩的流速（垂线 平均流速， m / s），通常采用一般冲刷 停止时 的冲止流速 VZ，但不同的一般冲刷计 算公式，冲止流速的计 算也不相同， 应该结合实际情况分析 确定； d − 泥沙平均粒径（ mm ） ; 1 n − 指数， n = 0.23+ 0.19 tgd v v 0
第六章
桥墩和桥台冲刷
§6-4
桥墩局部冲刷
流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化， 流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流 的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡， 的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的 泥沙，形成局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低， 泥沙，形成局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低， 水流挟沙能力随之减弱， 水流挟沙能力随之减弱，上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡 同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化，坑底粗糙程度增大，抗冲能力增强， 同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化，坑底粗糙程度增大，抗冲能力增强，使水 流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋于平衡，冲刷随之停止， 流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋于平衡，冲刷随之停止，局部冲刷坑达 到最深。 到最深。 冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度h 冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度hb。 一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度， 一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度，而局部冲刷则是从一 般冲刷线至冲刷坑底的最大深度。 般冲刷线至冲刷坑底的最大深度。 根据模型试验资料可知：桥墩局部冲刷深度h 与冲向桥墩的水流流速V 根据模型试验资料可知：桥墩局部冲刷深度hb 与冲向桥墩的水流流速V （以 垂线平均流速表示）有关。 垂线平均流速表示）有关。 当流速增大到一定程度时，桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走， 当流速增大到一定程度时，桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走，床面开 始冲刷，此时冲向桥墩的流速（垂线平均流速）称为床沙的起冲流速V0’。 始冲刷，此时冲向桥墩的流速（垂线平均流速）称为床沙的起冲流速V 。
5 8
第六章
桥墩和桥台冲刷
桥下河槽最低冲刷线 一、计算公式： 计算公式： 桥梁墩台处桥下河床自然演变等因素冲刷深度Δh Δh， 桥梁墩台处桥下河床自然演变等因素冲刷深度Δh，一般冲刷深 及局部冲刷深度h 三者全部完成后的最大水深线， 度hp及局部冲刷深度hb三者全部完成后的最大水深线，称为桥下 河糟最低冲刷线。 河糟最低冲刷线。 桥墩的最低冲刷高程为： 桥墩的最低冲刷高程为：
1.5 2.0
特殊大桥
三、例题： 例题：
B B
0 .6 1 0 .6 1
I
1 . 25 L L
v
(I
e
)0 . 7
v
e − 孔隙比
第六章
桥墩和桥台冲刷
§6-5
桥台局部冲刷
一、桥台绕流的水流结构
第六章
桥墩和桥台冲刷
第六章
桥墩和桥台冲刷
二、桥台的冲刷计算： 桥台的冲刷计算：
1、沙性土河床 、 桥台冲刷深度随桥台路堤阻水长度L 被阻水流的深度 和水流弗汝德数 和水流弗汝德数Fr 桥台冲刷深度随桥台路堤阻水长度 D、被阻水流的深度h和水流弗汝德数 有显著关系： 有显著关系：
第六章
桥墩和桥台冲刷
桥墩局部冲刷深度与很多因素有关，除冲向桥墩的流速以外， 桥墩局部冲刷深度与很多因素有关，除冲向桥墩的流速以外，主要还有桥墩 宽度、桥墩型式、水深、床沙粒径等。局部冲刷坑的范围， 宽度、桥墩型式、水深、床沙粒径等。局部冲刷坑的范围，主要决定于冲刷 坑的深度和床沙的休止角。 坑的深度和床沙的休止角。 目前，桥墩局部冲刷公式是1964年我国“桥渡冲刷计算学术会议” 1964年我国 目前，桥墩局部冲刷公式是1964年我国“桥渡冲刷计算学术会议”推荐使用 65- 公式和65 公式，符合我国河流的实际情况，得到广泛应用。 65的65-1公式和65-2公式，符合我国河流的实际情况，得到广泛应用。 一、沙质河槽： 沙质河槽： 65- 公式： 1、65-2公式： 当V≤V0时，
第六章
桥墩和桥台冲刷
定义挑角系数为： 定义挑角系数为：
C
α
α = 90 °
0 . 15
则桥台沙性土河床冲刷深度计算公式为： 则桥台沙性土河床冲刷深度计算公式为：
h h
s
= 1 . 95 F = 1 . 95 F
0 . 20 r
(L
A
D
h
)
C
0 . 50
C
α
C
A
或
0 . 20 r s 0.50 Z
0 ≺ 2 . 5 时， h b = 0 . 55 K ξ B 10 . 6 h p . 1 I L v
铁道部粘土桥渡冲刷研究小组的《粘土桥渡冲刷天然资料分析报告》 铁道部粘土桥渡冲刷研究小组的《粘土桥渡冲刷天然资料分析报告》中推荐 的公式供参照使用： 的公式供参照使用：
h h
b b
= K = K
ξ ξ
α
C
A
第六章
桥墩和桥台冲刷
2、粘性土河床： 粘性土河床：
根据： q max = h p v Z
3 1 5 由于： v Z = 0.33 h P I L 桥台附近最大单宽流量 q max 可以由桥台附近流速分 布图导出
因此： 3 + 1.05e1.97 λ Cα C A h s = qI L 1− λ
hb = K
当V ＞V 0 时，
ξபைடு நூலகம்
K
η 2
B
0 . 60 1
h
0 . 15
V − V 0' V0
'

hb = K
ξ
K
η 2
B
0 . 60 1
h
0 . 15
V − V0 V0

n
第六章
桥墩和桥台冲刷
式中： 式中： 桥墩局部冲刷深度（ 为冲刷坑的最大深度； Hb—桥墩局部冲刷深度（m）,为冲刷坑的最大深度； 桥墩局部冲刷深度
第六章
桥墩和桥台冲刷
三、粘性土河床桥墩局部冲刷公式： 粘性土河床桥墩局部冲刷公式：
对于粘性土河床， 公路桥位勘测设计规范》(JTJO62-91)推荐参照下式计算： 对于粘性土河床，《公路桥位勘测设计规范》(JTJO62-91)推荐参照下式计算： 推荐参照下式计算
hp B1 hp B1
1 ≥ 2 . 5 时， h b = 0 . 83 K ξ B 10 . 6 I L . 25 v
第六章
桥墩和桥台冲刷
大于V 并继续增大时 河床继续冲刷，冲刷坑逐渐加深和扩大， 并继续增大时， 当V 大于V0’并继续增大时，河床继续冲刷，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲 刷深度h 与流速V呈直线关系增长。 刷深度hb与流速V呈直线关系增长。 流速V增大到床沙的启动流速V0(垂线平均流速)时，床面泥沙大量起动，上游 流速V增大到床沙的启动流速V 垂线平均流速) 床面泥沙大量起动， 泥沙进入冲刷坑，有些泥沙将滞留在坑内， 泥沙进入冲刷坑，有些泥沙将滞留在坑内，冲刷坑深度的增长将因来沙的补 偿而减缓；因此， 大于V 并继续增大时，局部冲刷深度h 与流速V 偿而减缓；因此，当V大于V0并继续增大时，局部冲刷深度hb与流速V则呈曲 线关系。 线关系。
'

n
第六章
桥墩和桥台冲刷
3、包尔达可夫公式： 包尔达可夫公式： v p − 1 h p hb = v max
式中： v p − 桥下设计流速（ n − 墩台形状指数，见表 m / s ），一般取 13 − 3。 v p = vz; 1； v max − 岩土容许不冲刷流速（ m / s ）见附录
第六章
桥墩和桥台冲刷
K η 2 − 系数，
Kη2
0 . 0023 = d 2 .2
+ 0 . 375 d
0 . 24
第六章
桥墩和桥台冲刷
续前： 续前
第六章
桥墩和桥台冲刷
65- 修正公式： 65-2修正公式：
h b = KK
ξ
B
0 . 60 1