粘性土中桥墩基础局部冲刷计算方法对比分析_梁发云.pdf

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1、DOI:10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2014.02.021第41卷第2期水文地质工程地质Vol．41No．22014年3月HYDＲOGEOLOGY＆ENGINEEＲINGGEOLOGYMar．2014粘性土中桥墩基础局部冲刷计算方法对比分析1，21，21，2梁发云，王玉，贾承岳(1.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海200092;2.同济大学地下建筑与工程系，上海200092)摘要:桥墩基础局部冲刷研究多针对砂性土，相对于砂性土，粘性土的冲刷速度要慢得多，目前的研究较少地涉及到粘性土。近年来粘性土冲刷特性研究逐渐受到国内

2、外学者的重视，粘性土中桥墩基础局部冲刷深度的计算方法主要有中国《公路工程水文勘测设计规范》方法(简称“中国公路规范方法”)和美国SＲICOS-EFA方法。本文通过典型算例的对比，分析了两种方法的计算结果及其各自特点。相比之下，中国公路规范方法的计算公式较为简单，但该方法仅能计算出桥墩基础的最大冲刷深度，并且忽略了一些重要的影响因素。本文通过典型算例的对比分析，对中国公路规范方法提出了一些改进建议。关键词:局部冲刷深度;桥墩基础;对比分析;EFA试验;冲刷曲线中图分类号:TU473文献标识码:A文章编号:1000-3665(2014)02-0037-07冲刷是水流作

3、用引起河床剥蚀的一种自然现象，管理局推荐使用由Ｒichardson(2000)提出的桥梁局部［1］统计资料表明，超过半数的桥梁破坏与洪水冲刷有冲刷公式HEC-18。由于粘性土中的冲刷过程比较［1～3］关。冲刷主要有三部分组成:一般冲刷、收缩冲缓慢，不同粘性土的冲刷速率也有着明显差异，目前的刷和局部冲刷。局部冲刷深度通常远远大于一般冲刷研究较少地涉及到粘性土。近年来对粘性土冲刷特性和收缩冲刷，相差在一个数量级(10倍以上)，因此，局的研究受到了国内外学者的重视，粘性土中桥墩基础［1］部冲刷深度的确定最为关键。局部冲刷深度的计算方法主要有中国《公路工程水文［4］冲刷侵

4、蚀过程与河床材料的性质密切相关，非粘勘测设计规范》方法(简称“中国公路规范方法”)和［5］性土的冲刷形式为颗粒的侵蚀，而粘性土的冲刷除此美国SＲICOS-EFA方法。本文主要针对这两种代表之外还包含颗粒块体的侵蚀。土体由于压缩或拉伸形性的粘性土局部冲刷计算方法进行对比分析，对中国成了许多微裂隙，土壤颗粒块体的边界就是由这些微公路规范方法提出改进建议。［1］裂隙而形成的。对于河床材料为级配良好的粉土1粘性土中桥墩局部冲刷计算方法和粘土，河床材料的粘聚力主要影响了达到最大冲刷深度所需要的时间，粘性河床比砂性河床达到最大冲研究表明，粘性土的侵蚀性可以用两个重要参数刷深度

5、要慢得多。冲刷速率对于考虑粘性土冲刷过程来描述，即土体的临界剪应力和冲刷曲线的初始斜［5］与时间的相关性，研究桥梁在服役期内多次洪水冲刷率。其中，临界剪应力是指使土壤颗粒起动的最小［1］作用的影响具有重要意义。剪应力值，与砂性土不同的是，粘性土的临界剪应力与砂性土中桥墩基础局部冲刷深度计算采用的是基其平均粒径无关，粘性土的临界剪应力值常见范围在［6］于试验模型校验而建立的公式，1965年我国推荐试用0.5～5Pa之间，与砂性土的临界剪应力范围基本相的计算桥墩局部冲刷的65－1和65－2公式已编入当，这也就解释了粘性土和砂性土的最大冲刷深度之［4］《公路工程水文勘测

6、设计规范》，美国联邦高速公路间具有可比性的原因。而粘性土的初始冲刷速率要比砂性土小约1000倍，因而其冲刷深度的发展相比砂收稿日期:2013-06-15;修订日期:2013-08-26性土也是极为缓慢的。下文分别介绍中国公路规范方基金项目:国家自然科学基金资助项目(41172246);国家重点法和美国SＲICOS-EFA方法。基础研究发展计划(2013CB036304);中央高校基本1.1中国公路规范方法科研业务费专项资金作者简介:梁发云(1976-)，男，博士，教授，博士生导师，从事桩早期我国多以借鉴国外的方法来进行相关计算，基础、深基坑工程、桥梁冲刷等研究。给

7、勘测设计带来不少问题。后来我国有关部门组织调E-mail:fyliang@tongji．edu．cn查研究，在搜集并分析了大量野外粘性土桥墩冲刷资·38·梁发云，等:粘性土中桥墩基础局部冲刷计算方法对比分析2014年料和试验资料的基础上，提出了原状粘性土桥墩冲刷式中:f———由Moody图得到的摩擦系数;3的计算方法，并被列入了我国《公路工程水文勘察设ρ———水的密度(1000kg/m);［4］计规范》，中国公路规范方法认为，应当考虑一般冲V0———管道中水流平均流速(m/s)。刷后的水深hp与计算墩宽B1之比的影响，即:摩擦系数f是管道雷诺数Ｒe0和管道粗糙度ε

8、/Dhp的