黄河沙质河床丁坝局部冲刷模型试验研究

论文摘要

丁坝是一种被广泛用于河道整治、航道整治和公路路基防护的水工建筑物。以往研究方法多借助规模较小的水槽试验,由于没有考虑与天然河流的相似关系,其成果应用于工程时尚难符合实际,尤其沙质河床条件下更是如此。论文在对前人研究现状系统回顾的基础上,通过对黄河干流冲积河段沙质河床的水流条件、河床边界和床沙粒径进行概化,选取某一靠溜险工段作为原型河道的几何边界条件,选取拟焦沙为模型沙,利用动床模型相似条件,设计并制作了一座正态动床模型。然后,分别按不同的单宽流量施放了6个组次的试验,采用测量水流表面流速和冲刷坑局部地形的新方法,对丁坝附近表面流场、水位变化、流速分布、局部冲刷发展过程、泥沙粗化、局部冲刷深度、冲刷坑范围等方面进行了观测,研究了丁坝局部冲刷问题。论文得出如下几点主要结论:(1)折冲水流的顺坝轴方向流动是引起水流收缩的主要原因,表层水流高流速分布区与局部冲刷坑最深点所在位置不对应;水流流经丁坝时,处于不同深度处的流速都出现局部增大现象,并且中底部流速的增大幅度大于表层流速,使得坝头处及附近下游流速垂线分布趋于均匀化。(2)在局部冲刷发展过程中冲刷坑坡顶不断淤积加高,局部冲刷随行近单宽流量或坝前流速的增大先加剧后变缓;对坑底表层泥沙取样观测,发现粗化现象比较显著,对局部冲刷的不断发展有抑制作用。(3)现有冲深公式用于丁坝群局部冲刷深度时,计算值比模型测验值偏大,实际工程中丁坝坝头靠溜状态以及丁坝之间的掩护作用,对丁坝群冲刷深度影响较大。此外,以阿尔图宁公式为基础,依试验点据,修正出可适用于丁坝群冲深计算的公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 丁坝局部冲刷研究现状
• 1.2.1 丁坝附近水流结构
• 1.2.2 丁坝坝头附近局部冲刷机理和过程
• 1.2.3 丁坝坝头附近局部冲刷深度影响因素
• 1.2.4 丁坝坝头局部冲深计算公式
• 1.2.5 计算公式的分析
• 1.2.6 本章小结
• 1.3 技术路线
• 1.4 研究内容
• 第2章 正态动床模型设计和测量方法
• 2.1 原型河段概况
• 2.2 正态动床模型设计
• 2.2.1 模型相似条件
• 2.2.2 几何比尺的确定
• 2.2.3 模型沙的选择
• 2.2.4 模型比尺计算
• 2.3 模型布置和模型沙的配置
• 2.3.1 模型布置
• 2.3.2 模型沙的配置
• 2.4 测量方法的创新
• 2.4.1 表面流速测量方法
• 2.4.2 微地形测量方法
• 第3章 丁坝附近水流结构的试验研究
• 3.1 丁坝附近表面流场分析
• 3.1.1 首丁坝
• 3.1.2 其它丁坝
• 3.2 丁坝坝头附近水面线的试验研究
• 3.3 丁坝坝头附近流速分布的试验研究
• 3.3.1 横断面流速分布
• 3.3.2 水平切面流速分布
• 3.4 本章小结
• 第4章 丁坝局部冲刷的试验研究
• 4.1 局部冲刷发展过程
• 4.2 局部冲刷过程中床沙的粗化
• 4.3 丁坝群冲深计算
• 4.3.1 丁坝群局部冲刷影响因素
• 4.3.2 丁坝群冲深与现有冲深计算公式
• 4.3.3 丁坝群冲深计算经验公式的率定
• 4.4 丁坝群冲深与坝前流速的关系
• 4.5 局部冲刷坑的范围
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论和展望
• 5.1 本文主要研究结论
• 5.2 本文主要创新点
• 5.3 本文研究工作的不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果