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桥梁桩基础局部冲刷演变特性研究
| 论文题名： | 桥梁桩基础局部冲刷演变特性研究 |
| 关键词： | 圆柱桥墩;复杂桥墩;流场分布;局部冲刷;深度计算 |
| 摘要： | 桥墩局部冲刷引起泥沙的输移、淤积，会造成船舶吃水深度和航道发生变化，影响船舶通航安全，但局部冲刷的影响因素仍然存在较大争议。目前针对紊动能的影响、复杂墩以及非恒定流条件下复杂墩的冲刷研究不够系统，在这些方面的机理、特性还不够成熟，尚未建立超越经验公式的理论体系。本文通过试验与理论分析相结合的方法，对圆柱墩和复杂墩在不同流量和水深条件下的局部冲刷特性开展系统研究，揭示桥墩附近流场分布和冲刷特性，对桥墩局部冲刷深度计算公式开展相应优化。主要成果如下： (1)通过恒定流条件下局部冲刷试验，揭示了圆柱墩以及复杂墩的冲刷发展规律。研究表明，在最大冲深出现的位置上，两种墩型具有统一性，受迎水面下潜流的影响，两者最大冲深出现的位置都是在桥墩最大迎水断面处。在泥沙淤积的发展规律上，两种墩型体现出明显的差异性，圆柱墩受绕流涡街和尾流横轴旋涡影响，在桥墩正后方出现泥沙的淤积；复杂墩则受到水流边界层分离的影响，在桥墩两侧形成淤积，并沿着桥墩长度方向呈直线型分布。 (2)紊动能影响泥沙的起动与输移，对于桥墩局部冲刷的发展具有重要影响。在保证单一变量条件下，紊动能最大值均随着流量的增加或水深的减小而增加，在同一工况相同流场测点处，紊动能大小随着水深的增加而增加，即底流的紊动能大于表流的紊动能。不同纵向断面之间的紊动能峰值存在一定的差异和滞后现象。从紊动能分布和冲刷地形可以看出，紊动能对于桥墩局部冲刷的发展具有重要影响。 (3)通过非恒定流试验，揭示了洪峰过程中桥墩局部冲刷的发展过程。结果表明，桥墩前端首先发生冲刷变化，随着流量的增加，冲刷范围呈鱼尾型向桥墩两侧逐渐扩大，形成最终的冲刷坑，但是流量和水深的变化不会影响起始冲刷处的位置和最大冲刷深度处的位置，仅会对泥沙最大淤积高度处的位置和淤积长度产生影响。 (4)归纳分析了各代表性桥墩局部冲刷计算公式，并基于本文实测值对各计算公式进行了分析评估，且针对Melville-Chiew计算式进行了优化改进，提出无量纲修正系数C*，并对本文试验和前人研究的数据进行了优化前后的对比分析。结果表明，优化后的计算式有效地提高了原计算式的预测能力。 |
| 作者： | 胡亮亮 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 谭家万;袁浩 |
| 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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