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考虑墩型因素桥梁基础局部冲刷演变过程试验研究
| 论文题名： | 考虑墩型因素桥梁基础局部冲刷演变过程试验研究 |
| 关键词： | 桥墩墩型;局部冲刷;演变过程;数值模拟 |
| 摘要： | 因桥墩阻水致使墩周水流结构改变，导致墩周河床泥沙被侵蚀破坏，最终造成桥梁基础局部冲刷。局部冲刷被认为是造成桥梁损毁失效的重要因素之一，工程中桥梁基础墩型各异，已有研究成果缺乏对其局部冲刷规律系统研究。论文通过模型试验、数值模拟和理论分析，深入研究考虑墩型因素的桥梁基础局部冲刷演变过程，揭示桥梁基础局部冲刷演变机理和冲刷内在规律。试验研究成果主要包括： （1）在相同测线和水平位置处，各墩型沿程流速具有相同的变化规律，但由于桥墩尺寸和迎水面形状侧不同，使得墩周流速发生锐变，最终导致各墩型沿程流速变化幅度具有明显差异。 （2）深入分析后发现局部冲刷主要动力机制为墩前下降水流和墩侧马蹄形涡流，但相同条件下，与矩形桥墩相比，圆柱形、圆端形和三角尖形桥墩墩前下降水流和墩周马蹄形涡流强度相对较小，使得矩形桥墩平衡冲刷深度最大，而三角尖形桥墩平衡冲刷深度最小。 （3）各墩型局部冲刷演变过程均经历起始、主要和平衡阶段，但“L∶B＞1”的三种桥墩局部冲刷从墩前拐角处开始，而圆柱形桥墩局部冲从墩侧开始；冲刷平衡阶段，三角尖形桥墩平衡冲刷深度出现在墩侧，而其余墩型均出现在墩前位置。 （4）清水冲刷下，随着v0的增大，各桥墩墩周冲刷深度变化也具有明显差异，矩形桥墩墩侧冲刷深度明显小于其余墩型，且墩后泥沙始终处于堆积状态，呈现高低错落的形式；而其余墩型随着v0的增大，墩后堆积泥沙被缓慢侵蚀最终沿着墩周形成闭合的冲刷坑，泥沙在墩后一定距离堆积。由此可见，各墩型局部冲刷动力成因有所区别，结合不同试验流速v0，平衡阶段各桥墩冲刷演变规律不尽相同。 同时，借助数值模拟软件计算分析不同流速下各桥墩局部冲刷演变过程及墩周流场分布特点。与室内试验相比，模拟值与试验值吻合较好。较高的吻合度不仅反映了模型试验的合理性，也进一步验证了试验所得结论，并深入揭示和解析了桥墩局部冲刷的内在机理及演变规律。 |
| 作者： | 方睿智 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 魏松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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