本文關(guān)鍵詞：長江感潮河段橋墩沖刷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：橋梁建筑水毀的誘因大多是橋墩局部沖刷,關(guān)于橋墩局部沖刷的相關(guān)研究已成為國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的焦點。而且,自上個世紀初葉以來,長江攔、蓄、引、調(diào)水利工程逐漸增多,導(dǎo)致下游河床沖刷,必然對橋墩沖刷產(chǎn)生不可忽視的影響。另外,隨著河口及沿海地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展,跨江、跨海大橋工程不斷涌現(xiàn),其大型橋墩結(jié)構(gòu)種類增多,加之其地處潮流控制區(qū)域,水流運動形式為復(fù)雜的雙向流,原有局部沖刷深度公式難以適用,所以急需對潮流作用下橋墩沖刷進行深入研究。橋墩沖刷研究方法一般可分為原型觀測、物理模型實驗和數(shù)值模型實驗,目前采用較多的是物理模型和數(shù)值模型,然而水下自然因素格外復(fù)雜多變,導(dǎo)致實驗結(jié)果無法充分體現(xiàn)實際沖刷情況,而原型觀測卻可以準(zhǔn)確提供橋墩沖刷現(xiàn)狀,是研究當(dāng)前橋墩沖刷不可或缺的手段。為了保證橋梁的安全,有必要運用新的觀測手段對眾多水利工程建設(shè)、運營影響下的橋墩沖刷地形進行有效觀測,深入橋墩局部沖刷的研究。本文運用多波束測深系統(tǒng),對長江感潮河段銅陵長江公路大橋、蕪湖長江大橋、大勝關(guān)長江大橋、南京長江大橋、南京長江第二大橋、南京長江第四大橋和上海長江大橋等7座大橋橋墩沖刷地形及周邊床面地貌進行高精度觀測,并利用多普勒聲學(xué)流速剖面儀ADCP進行走航流速觀測和北港洪枯季定點水文觀測,研究各橋梁橋墩沖刷坑幾何形態(tài)及局部沖刷深度,再結(jié)合常用橋墩局部沖刷深度計算公式的結(jié)果,分析比較各公式實用性。收集了三峽工程蓄水前后時期的長江口航行圖及歷史海圖資料,通過分析橋梁所處河段等深線和橫斷面變化特征,探討重大水利工程對橋墩沖刷的影響,這將為橋墩局部沖刷研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并為預(yù)測重大水利工程影響下長江感潮河段橋墩最大沖刷深度提供參考依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：1、徑流與潮流作用下橋墩沖刷坑形態(tài)不同。徑流作用下大型圓形圍堰橋墩(銅陵長江公路大橋、蕪湖長江大橋、南京長江大橋、南京長江第二大橋)沖刷坑形態(tài)呈前深后淺的“C”型;潮流界以下潮流作用下樁基承臺橋墩(上海長江大橋)沖刷坑形態(tài)呈“雙腎”型；徑流與潮流作用下的長矩形橋墩(大勝關(guān)長江大橋、南京長江第四大橋、上海長江大橋),其沖刷形態(tài)除了橋墩處存在局部沖刷坑以外,在局部沖刷坑的外側(cè)還存在因水流與橋墩整體作用而形成的床面沖刷坑。2、水流形態(tài)與橋墩結(jié)構(gòu)對橋墩局部沖刷深度的影響。各橋墩實測最大局部沖刷深度：銅陵長江公路大橋4#墩為14.6 m,蕪湖長江大橋11#墩為12.2m,大勝關(guān)長江大橋6#墩為10.6m,南京長江大橋8#墩為7.6 m,南京長江第二大橋(南漢)南塔墩為14.8m,南京長江第四大橋南塔墩為7.3 m。上海長江大橋南、北主墩分別為2.7m和4.2m。徑流作用下的樁基承臺橋墩(南京長江第四大橋)最大局部沖刷深度小于圍堰橋墩(銅陵長江公路大橋、蕪湖長江大橋、大勝關(guān)長江大橋、南京長江大橋、南京第二長江大橋)最大局部沖刷深度；潮流作用下樁基承臺橋墩(上海長江大橋)的最大沖刷深度小于徑流作用下的樁基承臺橋墩(南京長江第四大橋)最大沖刷深度；長矩形橋墩(大勝關(guān)長江大橋、南京長江第四大橋、上海長江大橋)外側(cè)最大床面沖刷深度為橋墩局部沖刷最大深度的47%-155%。3、改進潮流作用下沙波分布區(qū)橋墩局部沖刷深度計算公式。針對潮流作用下上海長江大橋橋墩位處沙波床面,在前人提出的潮流作用下沙波床面橋墩局部沖刷改進計算公式基礎(chǔ)上,提出了使用推移質(zhì)起動流速代替沙波整體起動流速的潮流作用下沙波分布區(qū)橋墩局部沖刷深度改進公式,并基于ADCP實測推移質(zhì)運動速度與流速的相關(guān)性,確定推移質(zhì)起動流速。并利用該推移質(zhì)橋墩局部沖刷深度計算改進公式與《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》推薦的65-2式、65-1修正式,共同計算潮流作用下橋墩局部沖刷深度,將計算結(jié)果進行比較分析,發(fā)現(xiàn)本文改進公式計算結(jié)果最接近實測值,該公式可為潮流作用下沙波分布區(qū)的橋梁設(shè)計和運行安全提供重要的參考依據(jù)。4、流域重大水利工程導(dǎo)致橋墩沖刷加劇。三峽工程蓄水以來,壩下輸沙量減少,通過1998年與2013年水深數(shù)據(jù)對比分析,發(fā)現(xiàn)三峽工程蓄水后下游感潮河段7.座大橋所處河床均發(fā)生了沖刷,橋墩安全堪憂。銅陵長江公路大橋#、5#墩附近河床平均沖深1.7 m；蕪湖長江大橋4#～12#墩附近河床平均沖深3.4m；大勝關(guān)長江大橋7#-9#墩附近河床平均沖深8m；南京長江大橋2#～5#墩附近河床平均沖深2.2 m,6#、7#墩附近河床平均沖深2.8 m；南京長江第二大橋(南漢)南塔墩附近河床平均沖深2.6 m；南京長江第四大橋橋墩附近河床沖淤變化不明顯；上海長江大橋南、北主墩附近河床沖深約3.2 m。
【關(guān)鍵詞】：長江感潮河段 多波束 橋墩局部沖刷 河床沖淤變化 三峽工程
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U442.32
【目錄】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-19
• 第一章 緒論19-27
• 1.1 研究意義19
• 1.2 相關(guān)研究發(fā)展與現(xiàn)狀19-24
• 1.2.1 橋墩局部沖刷19-22
• 1.2.2 橋墩局部沖刷的研究方法22-23
• 1.2.3 橋墩局部沖刷主要計算方法23-24
• 1.2.4 重大水利工程對橋墩沖刷影響研究24
• 1.3 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容及技術(shù)路線24-27
• 1.3.1 研究目標(biāo)24-25
• 1.3.2 研究內(nèi)容25-26
• 1.3.3 技術(shù)路線26-27
• 第二章 研究區(qū)域概況與橋梁簡介27-33
• 2.1 研究區(qū)域概況27-29
• 2.1.1 水文特征28
• 2.1.2 潮汐、潮流28-29
• 2.2 長江感潮河段橋墩結(jié)構(gòu)29-33
• 2.2.1 銅陵長江公路大橋29-30
• 2.2.2 蕪湖長江大橋30
• 2.2.3 大勝關(guān)長江大橋30
• 2.2.4 南京長江大橋30-31
• 2.2.5 南京長江第二大橋(南汊)31
• 2.2.6 南京長江第四大橋31
• 2.2.7 上海長江大橋31-33
• 第三章 數(shù)據(jù)獲取與處理33-39
• 3.1 數(shù)據(jù)獲取33-36
• 3.1.1 多波束水深數(shù)據(jù)33-35
• 3.1.2 流速數(shù)據(jù)35
• 3.1.3 沉積物采集35-36
• 3.1.4 航行圖與海圖資料36
• 3.2 數(shù)據(jù)處理36-39
• 3.2.1 多波束數(shù)據(jù)處理36
• 3.2.2 水文數(shù)據(jù)處理36
• 3.2.3 沉積物處理36
• 3.2.4 推移質(zhì)速度估算36-37
• 3.2.5 航行圖與海圖數(shù)字化37-39
• 第四章 橋墩沖刷實測結(jié)果與分析39-61
• 4.1 徑流作用下橋墩沖刷39-48
• 4.1.1 橋梁附近流速及徑流量40
• 4.1.2 橋墩區(qū)域床面形態(tài)特征40-43
• 4.1.3 實測沖刷坑形態(tài)43-46
• 4.1.4 實測橋墩局部沖刷深度46-48
• 4.2 潮流作用下橋墩沖刷48-57
• 4.2.1 北港流速及徑流量48-49
• 4.2.2 北港及其鄰近水域推移質(zhì)運動速度49-53
• 4.2.3 上海長江大橋橋墩區(qū)域床面形態(tài)特征53-54
• 4.2.4 上海長江大橋橋墩沖刷坑形態(tài)54-55
• 4.2.5 上海長江大橋橋墩局部沖刷深度55-56
• 4.2.6 上海長江大橋橋墩南北側(cè)沖刷坑差異56-57
• 4.3 長江感潮河段橋墩沖刷特征分析57-61
• 4.3.1 橋墩沖刷坑形態(tài)特征57-59
• 4.3.2 橋墩局部沖刷深度59-61
• 第五章 橋墩局部沖刷深度計算與分析61-67
• 5.1 橋墩局部沖刷深度計算方法61-63
• 5.1.1 65-2計算公式61-62
• 5.1.2 65-1修正計算公式62
• 5.1.3 沙波改進計算公式62-63
• 5.1.4 推移質(zhì)改進計算公式63
• 5.2 徑流作用下橋墩局部沖刷計算與分析63-65
• 5.3 潮流作用下橋墩局部沖刷深度計算與分析65-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 第六章 重大水利工程對長江感潮河段橋墩沖刷的影響分析67-84
• 6.1 銅陵長江公路大橋67-70
• 6.1.1 大橋所在河段等深線變化特征68
• 6.1.2 大橋所在河段河槽橫斷面變化特征68-70
• 6.2 蕪湖長江大橋70-72
• 6.2.1 大橋所在河段等深線變化特征70-71
• 6.2.2 大橋所在河段河槽橫斷面變化特征71-72
• 6.3 大勝關(guān)長江大橋72-75
• 6.3.1 大橋所在河段等深線變化特征73
• 6.3.2 大橋所在河段河槽斷面變化特征73-75
• 6.4 南京長江大橋75-77
• 6.4.1 大橋所在河段等深線變化特征76
• 6.4.2 大橋所在河段河槽斷面變化特征76-77
• 6.5 南京長江第二大橋(南漢)77-80
• 6.5.1 大橋所在河段等深線變化特征78
• 6.5.2 大橋所在河段河槽斷面變化特征78-80
• 6.6 南京長江第四大橋80-82
• 6.6.1 大橋所在河段等深線變化特征80-81
• 6.6.2 大橋所在河段河槽斷面變化特征81-82
• 6.7 上海長江大橋所在河段斷面變化特征82-83
• 6.8 本章小結(jié)83-84
• 第七章 結(jié)論與展望84-87
• 7.1 本文結(jié)論84-86
• 7.2 不足與展望86-87
• 參考文獻87-92
• 碩士期間參與科研項目情況92
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況92-93
• 致謝93-94

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