309国道南洺河大桥物理模型试验研究

摘要

目前跨河桥梁不断的在解决陆路交通的跨河连接问题上得到运用。跨河桥梁不仅满足了交通需要，又能作为一种空间实体存在于社会之中。由于河道的特殊性，桥梁修建后改变了原有河道的水流条件，使桥位附近的河床演变、冲刷、流速、流态、水位和水面线情况变得十分复杂，这样会给桥梁的安全和河道的运行造成一定的影响。所以，了解桥梁修建后河流及洪水的变化规律，不仅能避免一些水害事故或减轻灾情，也能为桥梁能否在正常状态下工作提供参考和依据。 本文通过河工模型试验模拟了南洺河大桥的修建对南洺河西竹昌村段桥位河段的水位、冲刷及桥桩修建后流速的变化进行试验分析，得出成果如下: (1)桥梁修建后，桥桩桩前水位有一定的壅高，四桥桩工况和双桥桩工况的壅水值差别不大，但是在11号到12号桥桩之间，百年一遇洪水情况出现了较高的水位壅高，试验结果说明桥桩布置中每排桥桩数变大时水位产生了明显壅高。 (2)桥梁修建后，桥桩附近的冲刷发生了变化。与无桥桩工况相比，10到14号桥桩的淤积变小，其他桥桩位置附近发生冲刷变大。试验结果反映出桥桩修建后桥桩附近河床发生冲刷。对比四桥桩工况与双桥桩工况，大部分桥桩附近冲淤变化不大，但是在桥桩突然变密的桥桩附近，冲刷变大，会对桥梁安全有所影响，应引起注意。 (3)桥梁修建后，桥桩桩前2m的流速分布，较无桥桩工况，有所降低，试验结果表明，桥桩的壅水使桥桩桩前流速变小。四桥桩工况与双桥桩工况的流速分布差距有限。 (4)桥梁修建后，研究河段在发生洪水时，与无桥桩工况相比，桩前河道都出现了壅水现象，桩后河道出现了短距离的水位降低后水位又有所抬升。试验结果表明，河道上修筑桥梁后，由于桥桩的存在，阻水作用增大，河道过流面积减小，引起了河道水位的改变。上述现象四桥桩工况比双桥桩工况明显，百年一遇洪水情况比二十年一遇洪水情况明显。 (5)桥梁修建后，研究河段在发生洪水时，与无桥桩工况相比，桩前河道冲刷逐渐增大，桩后河道冲刷逐渐减小。试验结果表明，在河道上修筑桥梁后，墩台等压缩了河床过水宽度，致使桥下流速增大，水流挟沙力变大，加剧了桩前河道及桥下河床的冲刷;随着桩后河道水位的改变，水深加大，流速逐渐降低，水流挟沙力减弱，桩后河道冲刷逐渐减小。 (6)桥梁修建后，研究河段在发生洪水时，与无桥桩工况相比，壅水处流速有所降低，主流方向向河道凹岸侧偏移。 (7)南洺河西竹昌村段河床在天然状态下演变不明显，但人工修筑跨河桥梁后一段时间内，河道的局部水流特点将会变得十分复杂，会造成较为严重的局部冲刷，对工程及沿岸居民的安全均十分不利,这个过程将持续使河道演变新的平衡出现。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 物理模型研究现状

1．2．2 桥区物理模型研究现状

1．3 本试验研究方法及内容

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

第二章 工程概况

2．1 南沼河基本情况

2．1．1 南沼河概况

2．1．2 气象水文

2．1．3 暴雨洪水特性

2．1．4 地形地貌

2．2 研究河段基本情况

2．2．1 研究河段位置

2．2．2 来水情况

2．2．3 来沙情况

2．2．4 床沙质情况

2．2．5 冲刷情况

2．2．6 地质边界特点

2．3 桥梁工程基本情况

2．3．1 工程背景

2．3．2 工程概况

2．3．3 南沼河大桥概况

2．3．4 拟建桥位河床断面地质情况

第三章 河工模型设计

3．1 工模型的选择

3．1．1 模型试验基本原理

3．1．2 河工模型的选择

3．2 模型设计

3．2．1 模型布置

3．2．2 模型设计依据的水文及河道地形资料

3．3 模型比尺选择

3．3．1 相似准则与相似条件

3．3．2 模型几何比尺

3．3．3 水流运动相似比尺

3．3．4 推移质运动相似

3．4 模型试验量测设备

3．4．1 流量量测仪器

3．4．2 水位量测仪器

3．4．3 地形量测仪器

3．4．4 流速量测仪器

3．5 模型的制作

3．5．1 图纸的来源

3．5．2 控制河道地形方法的选择

3．5．3 模型制作

3．6 模型验证设计

3．6．1 模型几何尺寸的检验

3．6．2 水流运动相似的验证

第四章 试验结果分析

4．1 试验安排

4．1．1 试验放水过程

4．1．2 试验桥桩情况

4．1．3 试验量测断面

4．2 桥梁修建后水位变化

4．2．1 桥桩迎水面水位情况

4．2．2 桥桩桩后水位情况

4．2．3 桥桩桩前桩后水位差情况

4．2．4 模型26断面水位情况

4．2．5 模型30断面水位情况

4．2．6 模型37断面水位情况

4．3 桥梁修建后河道冲刷变化

4．3．1 桩前桩后河道冲刷情况

4．3．2 模型26断面冲淤情况

4．3．3 模型30断面冲淤情况

4．3．4 模型37断面冲淤情况

4．4 桥桩修建前后河道流速变化

4．4．1 桩前流速情况

4．4．2 模型26断面流速情况

4．4．3 模型30断面流速情况

4．4．4 模型37断面流速情况

4．5 本章小结

第五章 结语

5．1 结论

5．1．1 桥桩附近

5．1．2 桥桩附近河道

5．2 建议

致谢

参考文献

附录

附图一 模拟河道

附图二 研究河段1967年、1971年、1985年、1995年地形图

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