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桥墩基础局部冲刷防护措施试验研究
| 论文题名： | 桥墩基础局部冲刷防护措施试验研究 |
| 关键词： | 桥墩基础;局部冲刷;防护措施;嵌套网格 |
| 摘要： | 桥墩基础局部冲刷是造成桥梁水毁的重要原因，桥墩周围的水力特性及冲刷演变过程复杂，影响因素众多，但关于桥墩局部冲刷防护措施专门开展室内试验研究偏少。论文针对矩形墩、双排圆柱桥墩局部冲刷防护的两种防护措施进行试验，同时结合理论分析和数值模拟，对防护措施下冲刷演变过程、特征及防护效果等进行研究。 本文针对河流常见的矩形墩和双排圆柱桥墩，选取主动防护中的护圈防护和被动防护中的石笼防护进行交叉试验，并通过改变试验水槽中水流行近流速、护圈和石笼大小进行模型对照试验，研究了护圈及石笼尺寸、防护方法及墩型对桥墩局部冲刷演变过程和冲刷坑形态的影响，试验以最大冲坑深度作为指标，定量分析对双排圆柱桥墩和矩形墩进行防护时护圈和石笼的防护效果。试验结论主要包括：（1）护圈和石笼均能有效地减小矩形墩和双排圆柱桥墩的最大冲刷深度，其冲深减小率并不会随水流流速的变化而发生较大改变，护圈和石笼作为矩形墩和双排圆柱桥墩的局部冲刷防护措施是可靠的；（2）对矩形墩进行防护时，由于矩形墩墩周马蹄形旋涡范围相较圆柱形桥墩更大，护圈和石笼外侧泥沙也会被马蹄形旋涡冲刷，护圈与石笼的防护效果相差不大；（3）对双排圆柱桥墩进行防护时，影响冲刷的最重要因素为上游墩的墩后尾涡，下游墩护圈下泥沙易受其影响产生掏空。而石笼由于可以随冲坑发展产生协调变形，始终覆盖在沙床上，增强沙床抵抗水流剪应力的能力。石笼粗糙的表面也能起到留滞泥沙、防止泥沙向下游运动的作用，所以其防护效果要优于护圈。可见，对双排圆柱桥墩局部冲刷进行防护时，应优先选择石笼；（4）护圈和石笼的大小是影响防护效果的重要因素，当护圈和石笼尺寸由0.5D增大到D时，护圈和石笼的防护效果显著提升，当护圈和石笼尺寸由D增大到1.5D时，防护效果提升速率变缓，在实际应用中，将护圈和石笼的尺寸设置为D可以在满足实际需求的情况下最大限度的减小桥墩最大冲刷深度。 利用Flow-3D软件建立了三维水沙模型，基于RNGk-ε湍流模型，采用局部嵌套网格以及软件特有的Favor网格方法对几何模型进行离散化处理，分析了防护方法不同时桥墩局部冲坑变化特征，并与试验结果进行了比对分析，对比结果表明数值模拟与试验结果吻合良好。 |
| 作者： | 吴永刚 |
| 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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