第六章-冲刷计算.pptVIP

第6章桥下河床冲刷计算

（BridgePierScourCalculation）;§2.3泥沙运动与河床演变

（SedimentMovementandRiverBedEvolution）;2.3.1河流泥沙

河道中的水流挟带的泥、土、沙、石称为河流泥沙（riverload，riversilt，riversediments）。河流中泥沙的冲淤变化，对河道整治、水利水电工程、桥涵工程、港口工程的建设都有很大影响。因此，工程建设必须研究河流泥沙特性及其运行规律。;1、河流泥沙分类：

（1）按泥沙在河槽的运动状态划分：

①悬移质（suspendedload）：悬浮在水中的泥沙，随水流的运动而运动，其流速与水流流速相同。;②推移质（riverbedload）：沿河底移动或滚动的泥沙，其流速比水流流速小。

③床沙或河床质（riverbedmaterial）：相对静止停留在河床上的泥沙。;（2）按泥沙的来源和颗粒大小划分：

①冲泻质（washload）：泥沙中较细的部分，来源于流域面上，经过研究河段（如桥位河段）一泻而过，与研究河段的泥沙不发生交换，不参与造床作用（塑造河床），在河段的床沙中很少或没有，这部分泥沙称为冲泻质。

②床沙质（riverbedmaterial）：泥沙中较粗的部分，来源于上游河段，经过研究河段时，与研究河段的泥沙发生交换，直接参与造床作用，与河道冲淤变化关系密切，在床沙中大量存在，这部分泥沙称为床沙质。;2、泥沙的定量指标及度量单位：

（1）悬移质泥沙

含沙量ρ（sedimentconcentration,siltcontent）：单位体积的浑水中所含悬移质泥沙的重量，称为含沙量，以kg/m3计。;（2）推移质泥沙

推移质输沙率Qb：单位时间内通过断面推移质泥沙的重量，以kg/s计。;（4）输沙量

输沙量WS（sedimentflux）：某时段通过断面泥沙的重量称为输沙量，以kg或t计。;2.3.2泥沙运动基本规律

天然河床是由大小不同、形状各异的泥沙颗粒组成的。在桥梁的上、下游，由于水流急剧变化，引起桥下河床的变形和墩台附近的冲刷，其中起主要作用的是推移质泥沙和床沙。因此，了解和掌握河流泥沙的运动规律是桥涵工程设计必不可少的内容。;1、泥沙主要特性

（1）泥沙粒径和级配曲线

1）粒径

粒径d（graindiameter??：等容粒径，mm;河流泥沙是由粒径不同的泥沙组成的。沙样中小于各种粒径泥沙重量占沙样总重量的百分数，称为泥沙的粒径级配。其图形称为泥沙粒径级配曲线。;福州洪塘大桥床沙粒径级配曲线;3）平均粒径和中值粒径d50

平均粒径：mm;4）沙样的均匀程度

沙样的非均匀系数：;（3）水下休止角

静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，河床可以形成一定的倾斜面而不至塌落，此斜面与水平面的夹角β称为泥沙水下休止角。

休止角与泥沙的粒径大小和形状有关。;;（4）泥沙的沉降速度ω

泥沙颗粒在静水中的等速下沉的速度，以cm/s或m/s计。

泥沙粒径一定，其沉降速度为一常数，故沉速又称为水力粗度。

可查设计手册。;2、推移质运动

（1）泥沙的起动

泥沙的起动条件：河床面上的泥沙由静止状态变为运动状态时的临界水流条件称为泥沙的起动条件。;表示方式：

起动流速vc（thresholdvelocity）：河床床面泥沙随着流速的增大，从静止状态变为运动状态时的临界流速。用垂线平均流速表示。;（2）推移质输沙率

单宽推移质输沙率：单位时间内在过水断面单位河槽宽度上通过的推移质数量（质量），以kg/(s.m)计。

若无实测资料，可用下式估算：;实验表明，单宽推移质输沙率与垂线平均流速的4次方成正比，即：;（3）沙波运动（sandripplemovement）

河床床面因推移质运动，常呈现此起彼伏波浪状的泥沙团，称为沙波；形体巨大的沙波，称为沙丘（sand-drift）；更大的称为沙洲（sandbarorsandshoal）；位于主槽两侧的沙滩，称为边滩（sandbank）；位于河槽中心部位的沙滩，称为中心滩（centralbar）。它们都是由推移质运动形成的。;;水流挟沙能力（silt-carryingcapacity）：

在一定水力条件和边界条件下，单位体积的水流所能挟带泥沙的最大数量（质量），称为水流挟沙能力，包括推