本文關(guān)鍵詞：跌坎沖刷的一維數(shù)值計(jì)算的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國很多橋梁附近的河段存在過度采砂現(xiàn)象,直接或間接導(dǎo)致橋梁垮塌的事故屢見不鮮,嚴(yán)重影響橋梁的安全和正常運(yùn)營。因此,將采砂坑上游邊坡概化為跌坎,研究跌坎的溯源沖刷的發(fā)展變化過程,及采砂坑對橋梁的安全所帶來的影響,對大橋防護(hù)和河道治理非常有必要。 本文首先建立了跌坎沖刷的一維數(shù)值模型,并進(jìn)行了驗(yàn)證。模型采用Godunov格式的有限體積法來離散淺水方程,采用后差分格式的有限差分法來離散河床變形方程；通過對靜水、跌水和跌坎沖刷三個(gè)算例的計(jì)算,驗(yàn)證了該模型具有較好的和諧性、適用性及計(jì)算精度。 研究跌坎沖刷的影響因素,并分析各因素對跌坎沖刷的變化過程的影響。研究發(fā)現(xiàn),跌坎沖刷的過程與流量和跌水高差密切相關(guān),與跌坎坡度關(guān)系不大；沖刷深度在初期迅速增長,后期增長緩慢,輸沙率也在沖刷初期達(dá)到最大值,隨后減小并趨于穩(wěn)定；溯源長度的增長主要發(fā)生在沖刷初期,且與流量、跌坎高差呈正相關(guān)。 在天然尺度下研究跌坎沖刷平衡特征值的變化,主要考慮流量、相對跌水高差和相對砂坑深度三個(gè)因素。研究發(fā)現(xiàn),溯源長度隨著流量、相對跌水高差和相對砂坑深度的增加而變大；相對最大沖深與流量關(guān)系不大,與相對跌水高差成正比,而與相對砂坑深度成反比；平衡比降隨流量的增大而減小,隨相對跌水高差和相對砂坑深度的增大而增大。因此,橋梁下游禁止采砂的控制范圍不僅要考慮橋梁的大小,也要考慮河流流量大小,同時(shí)要對采砂坑的尺寸和位置進(jìn)行控制。 在跌坎沖刷一維數(shù)值模型中加入動(dòng)邊界處理模塊,模擬干河床行洪和跌坎沖刷過程,研究洪水特性對季節(jié)性河流上采砂坑沖刷的影響。研究結(jié)果表明,距離變坡點(diǎn)越遠(yuǎn),沖刷深度和輸沙率越小,開始沖刷和達(dá)到最大輸沙率的時(shí)刻越晚,且沖刷主要發(fā)生在漲水段：洪峰流量越大,最大沖刷深度和輸沙率越大,溯源沖刷的長度越長；隨著峰型系數(shù)的增大,沖刷發(fā)展的速度加快,但最終沖刷深度減小,最大輸沙率增加,而溯源長度減小。
【關(guān)鍵詞】：采砂坑 跌坎 沖刷 數(shù)值模擬 溯源長度 洪水過程
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV147
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 選題背景和意義12-18
• 1.1.1 無序采砂工程問題12-13
• 1.1.2 橋梁采砂災(zāi)害及隱患13-17
• 1.1.3 研究意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.1 物理模型試驗(yàn)18
• 1.2.2 數(shù)值模型計(jì)算18-19
• 1.2.3 理論分析計(jì)算19
• 1.2.4 工程應(yīng)用19-21
• 1.3 研究思路及主要內(nèi)容21-22
• 2 跌坎沖刷的計(jì)算原理及數(shù)值模型22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 跌坎沖刷基本原理22-23
• 2.3 離散方法及控制方程23-25
• 2.3.1 離散方法23-24
• 2.3.2 控制方程24-25
• 2.4 基于Godunov格式的有限體積法的淺水方程離散25-31
• 2.4.1 控制體的離散25-26
• 2.4.2 Godunov格式的有限體積法26-27
• 2.4.3 通量計(jì)算——求解Riemann問題27-29
• 2.4.4 波速計(jì)算29
• 2.4.5 時(shí)空二階精度29-30
• 2.4.6 源項(xiàng)的處理30-31
• 2.4.7 穩(wěn)定性控制31
• 2.5 邊界條件及初始條件31-32
• 2.6 程序結(jié)構(gòu)及計(jì)算步驟32-35
• 2.6.1 程序結(jié)構(gòu)32-34
• 2.6.2 計(jì)算步驟34
• 2.6.3 輸入及輸出文件34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 3 一維跌坎沖刷數(shù)值模型驗(yàn)證36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 數(shù)值模型的驗(yàn)證36-40
• 3.2.1 格式的和諧性36-37
• 3.2.2 模型的適用性37-39
• 3.2.3 模型的計(jì)算精度39-40
• 3.3 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比與分析40-49
• 3.3.1 水槽試驗(yàn)及計(jì)算條件40-41
• 3.3.2 沖刷過程與現(xiàn)象41-46
• 3.3.3 計(jì)算結(jié)果分析46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 4 跌坎沖刷的影響因素研究50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 跌坎沖刷至平衡狀態(tài)的變化過程研究50-56
• 4.2.1 沖刷深度變化51-52
• 4.2.2 輸沙率變化52-54
• 4.2.3 沖刷速率與局部輸沙率54-55
• 4.2.4 溯源長度發(fā)展過程55-56
• 4.3 實(shí)際尺度下跌坎的溯源沖刷計(jì)算56-60
• 4.3.1 計(jì)算條件57-58
• 4.3.2 計(jì)算結(jié)果58-60
• 4.4 跌坎沖刷平衡值的影響因素分析60-62
• 4.4.1 平衡比降60-61
• 4.4.2 相對最大沖深61-62
• 4.4.3 溯源長度62
• 4.5 跌坎上游河床的沖刷深度62-63
• 4.6 本章小結(jié)63-66
• 5 季節(jié)性河流上的洪水演進(jìn)及跌坎沖刷研究66-88
• 5.1 引言66
• 5.2 洪水在干河床上的演進(jìn)過程66-71
• 5.2.1 動(dòng)邊界的處理方法66-67
• 5.2.2 洪水演進(jìn)過程67-70
• 5.2.3 洪水傳播速度70-71
• 5.3 季節(jié)性河流上跌坎的洪水沖刷計(jì)算71-78
• 5.3.1 跌坎上行洪的沖刷過程71-73
• 5.3.2 溯源長度的發(fā)展73-74
• 5.3.3 沿程沖刷段變化74-75
• 5.3.4 溯源沖刷段的沖刷深度變化75-76
• 5.3.5 溯源沖刷段的輸沙率變化76-78
• 5.4 不同洪水條件的跌坎沖刷研究78-86
• 5.4.1 洪峰流量的影響78-82
• 5.4.2 洪水峰型系數(shù)的影響82-86
• 5.5 本章小結(jié)86-88
• 6 結(jié)論與展望88-90
• 6.1 主要結(jié)論88-89
• 6.2 研究展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果96-100
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集10

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張細(xì)兵;范北林;;潰壩洪水演進(jìn)平面二維數(shù)學(xué)模型初步研究[J];長江科學(xué)院院報(bào);2006年06期

2 張細(xì)兵;歐治華;崔占峰;孫先;;基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的分蓄洪區(qū)水沙演進(jìn)數(shù)學(xué)模型研究[J];長江科學(xué)院院報(bào);2011年04期

3 陳來華;;大規(guī)模采砂對椒江河口段河床的影響及對策[J];海洋學(xué)研究;2007年02期

4 宋中海;;河道無序采砂的危害及保護(hù)生態(tài)環(huán)境對策分析[J];地下水;2012年01期

5 ;RUNOFF-ENERGY FACTORS FORMUSLE SEDIMENT-YIELD MODEL FOR SURFACE MINES[J];International Journal of Sediment Research;2000年02期

6 S.Ali Akbar Salehi NEYSHABOURI,Ali FARHADZADEH,Ata AMINI;EXPERIMENTAL AND FIELD STUDY ON MINING-PIT MIGRATION[J];International Journal of Sediment Research;2002年04期

7 梁光川;華蘭;;山區(qū)季節(jié)性河流水毀露管段整治措施[J];管道技術(shù)與設(shè)備;2014年02期

8 莫海鷹;玉湖大橋搶修及加固[J];公路;2002年05期

9 毛野;初論采沙對河床的影響及控制[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年04期

10 潘沙;馮定華;丁國昊;李樺;;CFD差分格式及限制器計(jì)算對比分析[J];計(jì)算機(jī)仿真;2009年08期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭輝;橋渡壓縮沖刷數(shù)值模擬研究[D];北京交通大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：跌坎沖刷的一維數(shù)值計(jì)算的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：284450