【摘要】：山區(qū)高速公路建設(shè)中越來越多地采用縱向橋梁方案�？v向橋沿河道布設(shè),橋墩數(shù)量眾多,里程較長(zhǎng),對(duì)河道造成了不同程度的侵占,壓縮河流過水?dāng)嗝?不同程度改變河道水流形態(tài),導(dǎo)致河道行洪、泥沙運(yùn)動(dòng)不暢,加劇橋墩局部沖刷,對(duì)橋梁基礎(chǔ)安全造成了嚴(yán)重的威脅。本文針對(duì)山區(qū)順直河流縱向橋段水流形態(tài)特性,通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和理論分析,懫用室內(nèi)模型試驗(yàn),研究了不同橋墩跨徑、縱向橋不同位置及橋墩組不同布設(shè)方式對(duì)河道水流流速及水位的影響,通過研究取得以下主要研究成果:(1)歸納總結(jié)了影響縱向橋段水流形態(tài)的主要因素,包括:河流形態(tài)、路段形態(tài)、橋墩特征、橋墩組布設(shè)特征等。(2)橋墩組布設(shè)位置對(duì)河道水流流速及水位橫向分布影響較大。當(dāng)橋墩組以河道中心線對(duì)稱布設(shè)時(shí),水流流速橫向分布近似對(duì)稱分布;當(dāng)橋墩組布設(shè)在河道一側(cè)時(shí),布設(shè)橋墩一側(cè)流速減小,水位升高,另一側(cè)流速增大,水位降低。同時(shí),橋墩周圍流速、水位突變,橫向分布規(guī)律也因此改變。(3)當(dāng)橋墩布設(shè)形式及布設(shè)位置相同時(shí),跨徑不同時(shí),水流流速及水位的橫向分布規(guī)律相似。流速、水位沿程變化率均隨著跨徑的增大而減小。(4)當(dāng)橋墩跨徑和布設(shè)位置相同時(shí),橋墩組的布設(shè)形式對(duì)水流流速及水位的影響差別不大。橋墩組交錯(cuò)布設(shè)時(shí)流速及水位的變化幅度較平行布設(shè)略微減小。(5)對(duì)不同跨徑水流形態(tài)特性分析可得,當(dāng)在大跨徑(30m及以上)縱向橋段,橋墩組對(duì)水流流速和水位影響微弱,每排橋墩組單獨(dú)作用;當(dāng)在中跨徑(20—30m)縱向橋段時(shí),橋墩組對(duì)水流流速和水位有一定程度的影響;當(dāng)在小跨徑(16m及以下)縱向橋段,橋墩組對(duì)水流流速和水位影響強(qiáng)烈,橋墩組數(shù)很多,阻水作用明顯。
【圖文】：

圖 1.1 圓柱橋墩附近水流結(jié)構(gòu)水流繞圓柱形橋墩流動(dòng)時(shí)，由于黏性力的存在，在橋墩周圍產(chǎn)生邊界層分離，，水流結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時(shí)在橋墩基礎(chǔ)周圍產(chǎn)生局部沖刷。為了更好地解決這些問題，我們需要深入研究橋墩周圍水流形態(tài)�？v向橋段橋墩數(shù)量多，且相互干擾嚴(yán)重，水流形態(tài)更加復(fù)雜。因此，對(duì)縱向橋段水流特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究是具有非常重要的實(shí)際意義。（1）單圓柱橋墩周圍水流特性研究2000 年，李玲等人對(duì)淺水層中圓柱水流特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過采用數(shù)字圖像測(cè)速(DIPV)系統(tǒng)對(duì)圓柱尾流流動(dòng)特征測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果分析得出全流場(chǎng)的尾流的速度流線圖[4]。沈波對(duì)理想液體中圓柱繞流特性進(jìn)行理論分析，得出理想液體圓柱橋墩繞流最大單寬流量，并進(jìn)一步進(jìn)行了圓柱橋墩清水沖刷試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)達(dá)到最大單寬流量時(shí)，圓柱橋墩到達(dá)沖刷平衡狀態(tài)，沖刷平衡深度可由公式計(jì)算[5]。2004 年，王亞玲使用 CFX-4，在粘性不可壓縮流體條件下，通過三維數(shù)值模擬圓柱

方向和斷面上各垂線測(cè)點(diǎn)的三維流速、紊動(dòng)強(qiáng)度等紊動(dòng)要素變化特征；通過對(duì)橋墩局部最大沖刷深度測(cè)量，分析沖刷深度與橋墩直徑、流速之間的函數(shù)關(guān)系[9]。RPasiok 和E.Stilgerszydlo 利用大渦模擬對(duì)橋墩周圍三維水流結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析得出橋墩周圍水流結(jié)構(gòu)主要以下潛水流、馬蹄形漩渦及尾部漩渦為主，三者相互作用，形成一個(gè)系統(tǒng)而不是單獨(dú)存在，但沒有給出各個(gè)水流結(jié)構(gòu)之間具體作用以及影響程度[10]。（2）雙圓柱及多圓柱橋墩周圍水流特性研究多圓柱橋墩在工程中較為多見，它是以單圓柱水流特性為基礎(chǔ)但非單圓柱水流特性的簡(jiǎn)單組合。雖然多圓柱橋墩布置方式多樣，但相鄰圓柱共同對(duì)水流作用，對(duì)水流形態(tài)變化產(chǎn)生較大的影響，與單圓柱橋墩周圍水流形態(tài)相比有較大區(qū)別。目前關(guān)于多圓柱橋墩周圍水流特性的試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，很多都是以等直徑圓柱進(jìn)行研究。2010 年，Sumner 根據(jù)來流方向與兩圓柱中心連線之間的夾角不同，提出串聯(lián)、并排和交錯(cuò)排列布設(shè)方式[11]，如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U442.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2590757