桥涵水文桥墩桥台冲刷计算.pptxVIP

桥涵水文桥墩桥台冲刷计算第1页/共65页 引 言2023/5/72为了使设计洪水在桥下安全通过，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。在考虑基础埋置深度时，必须考虑到桥梁墩台的冲刷问题。 桥梁墩台冲刷是一个综合冲刷过程，可分为三部分：桥位河段因河床自然演变而引起河床的自然演变冲刷；因建桥压缩水流而引起桥下整个河床断面普遍存在的一般冲刷；由于桥墩台（结构物）阻水而引起的河床局部冲刷。 桥梁墩台冲刷是受多种因素同时交叉影响产生的，但是为了便于研究和计算，我们把墩台周围总的冲刷深度，假定为这三种冲刷先后进行，分别计算，然后叠加。第2页/共65页 引 言2023/5/73自然演变冲刷在水流和泥沙的相互作用下，不停地冲淤变化，构成了河床的自然演变。一般冲刷又叫压缩冲刷，由于过水断面受到压缩，引起水流流速增大而造成的冲刷。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。第3页/共65页 河床演变和河相关系 2泥沙运动 31桥下河床断面的一般冲刷 33桥墩局部冲刷 4桥台冲刷 35最低冲刷线高程和计算实例6主要内容2023/5/74第4页/共65页 7.1 泥沙运动 天然河床是由大小不同，形状各异的泥沙颗粒组成的。根据泥沙在河槽内运动的状态，分为悬移质和推移质两类。 悬移质：悬浮于水中向下游运动，一般颗粒比较细； 推移质：颗粒稍大的泥沙，在床面上滚动、滑动或跳跃着间歇性地向下游移动，前进的速度远小于水流的流速。 床 沙：比推移质颗粒更大的泥沙，则下沉到河床床面静止不动。 悬移质、推移质和床沙之间颗粒大小的分界是相对的，是随水流流速大小而变化的． 对桥梁上下游，因水流急剧变化，引起河床变形和桥墩附近的冲刷，起主要作用的是推移质和床沙。2023/5/75第5页/共65页 7.1 泥沙运动 一、泥沙主要特性 1. 几何特性粒径（d）颗粒级配曲线平均粒径中值粒径（d50）2023/5/76第6页/共65页 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）。2023/5/77第7页/共65页 7.1 泥沙运动 二、泥沙的起动 在水流推动下，床面泥沙颗粒由静止开始运动，称为泥沙的起动。泥沙起动是泥沙运动和河床变形开始的临界状态。 泥沙颗粒的起动，是床面泥沙颗粒受到的驱动力和抗拒力以及这些力产生的力矩失去平衡的结果。泥沙颗粒周围的水流和受力状态如图所示。2023/5/78第8页/共65页 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(7-12)沙玉清(7-13)2023/5/79第9页/共65页 7.1 泥沙运动 三、沙波运动 沙质河床的床面泥沙在水流作用下，泥沙起动后出现推移质运动，形成床面沙波。沙波的形态与水流强度密切相关，当弗汝德数很小时，床面出现沙波，当弗汝德数增大到一定程度后，沙波成长为沙垄；水流强度再增大，则沙垄成长为沙丘。 沙波沙谷对基础埋深的影响。2023/5/710第10页/共65页 7.1 泥沙运动 四、推移质输沙率 起动流速是推移质运动产生的条件，而推移质运动的强烈程度则用推移质输沙率来表示； 推移质输沙率是单位时间内在过水断面单位河槽宽度上，通过的推栘质的质量，单位是kg／s.m。我国一般采用以流速为主要参数的推栘质输沙率公式。 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。2023/5/711第11页/共65页 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