透水四面体框架群防护特性及其与抛石防护的对比研究.pdf

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1、泥沙研究2011年12月JournalofSedimentResearch第6期透水四面体框架群防护特性及其与抛石防护的对比研究李最森，唐洪武’，戴文鸿(1．浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020；2．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室；江苏南京210098；3．河海大学水利水电学院，江苏南京；4．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏南京210098)摘要：透水四面体框架群能降低其附近的水流流速、耗散水流的能量，起到减速防冲和促淤的效果，同时也可以保护床沙、抑制局部冲刷。不同的抛投密度防护效果也不同，随着抛投密度的增加，其防护效果几乎

2、线性增强，但达到一定限度后将不再增加。抛石防护是使用历史较早、使用频率较高的一种桥墩局部冲刷防护措施。抛石防护就是将所选石料布设于桥墩周围床面上，用提高桥墩周围河床床面的抗冲能力。抛石防护主要工作原理是保护床沙、增加其起动或扬动流速；增大桥墩附近局部糙率、减小局部流速。本文采用多组水槽清水冲刷试验，对比分析了透水四面体框架群在不同抛投密度条件下的防护效果差异，及其与抛石防护桥墩局部冲刷的最大深度及其整体防护效果的优劣，为四面体框架群和抛石防护的应用提供一些决策所必须的技术参数。关键词：透水四面体框架群防护；抛石防护；桥墩局部冲刷；抛投密度；防护效果中图分类号：U452

3、．2；TV147文献标识码：A文章编号：0468—155X(2011)06—0075—061前言随着社会经济的飞速发展，我国在众多的河流上建造了越来越多的桥梁，然而桥墩附近河床面的局部冲刷严重威胁到桥梁安全运营。根据统计，从20世纪5O年代至今，我国发生过多起由于桥墩局部冲刷所引起的桥墩失稳和桥梁水毁事件最近发生的有连阳大桥、西安灞河大桥、巴河特大桥、三渡水大桥、台湾高屏大桥和浙江长风大桥等桥梁的水毁事件。而D．W．Smith指出全世界1847—1975年期间出现的重大破坏事故的143座桥梁中，66座是由于洪水冲刷导致的基础迁移引起¨。Shirole和Holt统计了美

4、国超过1000座失事的桥梁，指出其中的60％由于冲刷所引起。Melville和Coleman指出在新西兰平均每年至少有一起桥墩失事由于冲刷引起。英国在1987年发生了两起铁路桥水毁事件，都归因于桥墩周围床面上的局部冲刷。基：于二桥墩局部冲刷所引起的严重后果，近年来桥墩局部冲刷机理及冲刷防护措施的研究取得了许多成果，但对桥墩周围流场水力特性的认识还没有足够深刻，也还没有任何一种被认为是完全行之有效的防护法。本文对桥墩冲刷防护新技术：四面体框架群防冲技术。和传统的抛石防护措施进行了对比研究，分析了四面体框架群在不同抛投密度下的防护效果，及其与抛石防护效果的对比，为两者特别

5、是前者的应用提供一些参考。对于冲积型河床，桥墩周围的局部冲刷坑的产生几乎是不可避免的，工程师们必须采取预防措施以防止这种现象对桥墩的稳定产生威胁。Yee．MengChiew按防护机理把桥墩局部冲刷防护工程分为两类-o：一类是增强河床材料的防冲能力，这类通常采用粗颗粒防护层或者在墩基处抛石；另一类是减小收稿日期：201I-08-09基金项目：国家自然科学基金资助项目(51109188，50779014)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(水利工程)；水利部公益性行业科研专项经费项目(200901005)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2009B02214)作者简介

6、：李最森(1976一)，男，浙江龙泉人，博士。主要从事河流动力学、工程泥沙方面研究通讯作者：戴文鸿。E-mail：wdai@hhu．edu．cn75冲刷能量，即减弱墩前向下水流和马蹄形旋涡对河床材料的冲刷能力，这类防护措施通常采用扩大桥墩基础或设护圈、沉箱等形式，对桥墩局部冲刷的防护也很有效。另外一些设计者采用流线型桥墩来降低桥墩周围的大压力场，以防止马蹄形旋涡的产生。抛石防护是传统的、使用频率较高的一种桥墩局部冲刷的防护措施。抛石防护就是将合理配置的石料布设于桥墩周围床面上，用以提高桥墩周围河床床面抗冲能力。抛石防护主要工作原理一是抛石对床沙起保护作用，增加床沙起动

7、或扬动所需的流速，二是抛石可以增大桥墩附近局部糙率，对于减小桥墩附近流速也起到一定的积极作用。而所谓“透水四面体框架群防护”就是模拟抛石防护方法，用透水四面体框架代替抛投石料对桥墩周围床面进行防护的方法。相对于抛石防护的以防冲的防护方法保护床面，四面体框架则具有减速和防冲两方面的功用。本文中桥墩局部冲刷试验是在清水冲刷条件下进行，分别对无防护措施、抛石防护和不同抛投密度的透水四面体框架群防护下的冲刷深度及范围进行对比分析。2清水冲刷试验2．1试验装置透水四面体框架群以及抛石防护桥墩周围床面局部冲刷试验，主要在河海大学的泥沙试验室试验大厅里进行，采用的