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桥墩对山区河流卵石运动特性影响的试验研究
| 论文题名： | 桥墩对山区河流卵石运动特性影响的试验研究 |
| 关键词： | 桥墩;山区河道;卵石运动;物理模型 |
| 摘要： | 随着国家西南交通不断完善，桥梁不断架设山区河道内，山区河道携带卵石颗粒磨蚀或撞击桥墩造成经济损失，桥墩进行防护工作逐渐重要起来，卵石运动特性成为桥墩防护工作的重要课题。目前为止，学者们提出的卵石运动速度公式较多，但能反应大比降河道的卵石运动速度的公式鲜有，大比降河道中桥墩影响后卵石运动速度公式更是没有。所以开展桥墩影响下的山区大比降卵石运动速度规律的研究，具有重要的理论意义和工程实际价值。 本文收集了卵石运动速度公式及数据，对以往研究成果对比评述，唐立模公式表示颗粒运动速度受流速、颗粒容重以及颗粒雷诺数控制，使用试验数据验证唐立模公式后，发现计算结果，远大于实测值；J.Heyman公式表示颗粒运动速度受剪切流速和沉降速度影响，经过数据验证后，发现计算的速度结果低于实测值；C.Auel公式中颗粒运动速度只与剪切流速相关，计算后发现计算结果发散，对卵石速度无法准确预测；PierreY公式表示颗粒速度与剪切流速及边界层粗糙度的shields数有关，其中边界层粗糙度的Shields数与颗粒密度、水力半径、河床粗糙度及水槽比降有关，公式考虑参数较为全面，但从计算结果发现水槽比降越大，其计算结果误差越大；Nian-ShengCheng公式中颗粒速度与Shields数、颗粒粒径及河床粗糙度有关，计算结果发现比降越大计算误差越大。目前的颗粒运动速度公式，对大比降河道的卵石运动速度预测效果不佳，大比降河道卵石运动公式有待研究。 从单颗粒卵石受力出发，建立了大比降卵石运动的力学模型。该力学模型考虑了水下有效重力、拖曳力、摩阻力以及升力，经推导得到单颗粒卵石的运动速度公式，且用试验资料进行验证，本次推导的颗粒运动速度能够较为精准预测卵石运动速度。 接着开展在大比降工况下架设桥墩对卵石运动速度水槽试验，总结桥墩对水槽水动力及卵石轨迹的影响规律，重新建立大比降卵石在桥墩前的力学模型，将因桥墩阻水产生的水流阻力考虑进公式中，修正了单颗粒卵石运动速度公式，并用试验资料进行验证，结果表明该公式适用于山区大比降河道及受阻水建筑物影响中的卵石颗粒运动，且相较于以往学者的卵石运动速度公式，准确性更高，使用的范围更广。该卵石运动速度公式为山区河道内的桥墩建设及防护研究提供参考。 |
| 作者： | 郭辉 |
| 专业： | 水利工程;水利水电工程 |
| 导师： | 周勤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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