非平稳流对防护结构物的冲刷作用分析

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1、第一章绪论1．1选题背景及研究意义公路受风、沙、阿、雪、水等各种自然因素的作用，形成各种病害，其中，由于洪水造成的水毁对公路破坏尤为严重。公路水毁是指在气候、水文和地质环境因素以及人类活动的综合作用下，公路沿线所发生的一系列对公路工程的破坏现象和工程破坏过程“3。因多年来，公路发生的灾害多发生在雨季，而习惯上将这类灾害称为“水毁”，水是造成水毁的主要因素但并不是唯一的原因。而洪水的爆发导致河床的剧烈演变，将不可避免的造成桥梁、沿河公路及河岸的冲刷崩塌，从而给交通运输和防洪带来巨大损失。洪水是一种峰高量大、江河

2、水位急剧上涨的水文现象，其发生发展受自然环境系统的作用和制约。世界各国约有l～2％的土地面积遭受洪水危害，而洪水引发的公路病害更是世界各国公路和桥梁共同面临的自然灾害。在国外，洪灾对公路桥梁的破坏事例不少，英国D．W．Smith对1847年～1975年发生的143例桥梁坍塌事件作了分类，洪水及基础移动引起坍塌的就有70座，占49％；1978年布莱斯(Brice)统计，美国1964年到1972年的9年中，每发生一次地区性的洪水，引起的公路和桥梁水毁，带来的直接经济损失达1亿美元。而我国历束公路桥梁受洪水破坏的情

3、况也十分严重。1980年以来，我国公路水毁带来的经济损失平均每年多达lO亿元以上。例如1987年从青减高原到浙闽山区、湖北地区，公路严重水毁。水毁最严重的还有安徽、湖北、广东等省。据lO余省统计，冲毁路基1840多万m3、路面11400km、塌方2020多万m3，水毁桥梁933座、涵洞13410道，防护工程280多力．m3。历代曾在黄河修建过10多座大桥，一座都朱保留下来“1。仅1996年7月天山地区特大洪水就带来公路经济损失近5亿元之多。改革开放以来，特别是21世纪西部大开发战略的实施，广大中西部地区、边远

4、山区公路修建迅猛发展，公路罩程急剧增加，公路畅通已成为这些地区经济发幔和人民生活提高的先决条件。然而．山洪爆发。沿河路基和桥梁冲断、路基边坡滑塌，每到汛期各地公路和桥梁水毁仍频繁发生。国道315线茫崖至若莞段公路是幽家规划的两部大通道建设项目中的重要组成部分，是新耀通向内地的第：条通道，也是新疆路网规划中“三纵、三横”手干道之一，由F其在新疆跨越了犬部分南部地区，沿线地形、地貌情况复杂，气候多变，随着f同的海拔高度／21i洲的气候条件引起的自然灾：挈，危害着公路，其一tl公路水劈是其中较为普越也是危害严殖的’

5、种公路病害。#要破坏形式有以卜儿个上面：黎南J诅水毁、扁I【I冰。I融’葺水毁、混／、』魁水毁、iⅡ『流水毁叫种。(1J躲阿川水毁：暴mJ纠水毁水势pq猛，。艘1If‘J况jj，化I峁m过耵-jt吲第一章绪论2可发生，历时短暂，通常只有半天，最长不超过1-2天。暴阿型水毁是国道315线茫崖一且末段最主要类型的水毁。(2)高山冰雪融雪水毁：高山冰雪融水段一般发生在阿尔金山区及昆仑山区，这一带坡顶上部有充足的冰雪储备，而且山坡陡峭。每当气温达到25度以上，尤其在连续多同高温的情况下，这一带的冰雪便会大量融化，融化

6、后的雪水顺坡下流，导致水毁。(3)混合型水毁：所谓混合型水毁就是气温很高，冰雪融化，且伴随大雨或暴雨，雨水很猛，雨水催打着冰雪，是冰雪加速融化，两者叠加，形成来势凶猛的洪水，导致大规模水毁发生。(4)河流水毁：河流水毁是指公路受主河左右摆荡及洪水冲刷掏蚀，导致公路水毁发生。如图1．1所示，315国道中一段路基由于水流冲刷而造成的破坏。图1．1315国道公路水毁破坏示例图公路水毁的防治和治理，应从分析和寻找引起公路水毁的具体原因人手，水流结构、泥沙运动、河道演变都是手要的考虑【大l素。河流是水流与河床长期相互作

7、用的产物，水流作用j二河床，使河床发，￡变形：河床的，变形反过来也作用于水流，影响水流的结构和肜态。两者构成对矛盾的统一体，既相土：依存，又相互制约，使河i}}i!永远处于1i断变化的过程f{』。水流与河床的相瓦作州足通过泥沙运动作媒介末‘丈现的。有时水流扶带的泥沙较少，会0I起_}

8、IJ床冲刷，使川底岛程降低，水t『l泥沙弁艟增JJ

9、l：肺另‘止!时候水流则抉讲’的泥沙过多，。部j，泷沙沉枞第一章绪论下来，河床淤高，水中泥沙含量减少。而河流这种看似无常的冲淤变化，却是万变不离其宗，要服从河流水沙运动的客观规

10、律。泥沙运动是河流运动的另外一个重要的方面，泥沙冲淤变化的同时也影响着河流运动的演变，还影响着人类的生存和发展。河床上的泥沙之所以会运动，就是由于水流具有挟沙能力和冲刷河床的能力，当然河床也有抗冲刷的能力，只有水流的作用力超过了河床的抵抗能力之后，泥沙才会运动。起动后的泥沙将可能在床面附近滚动、越移或在水体中悬移等形式在水流中运动着，且这些运动形式的泥沙将不断地进行着转化，与之相伴随的是河床形态、高