桥墩对弯槽段冰塞形成的临界条件及冰厚变化影响的试验研究

摘要

冬季，我国北方寒冷地区的河流经常产生冰塞或冰坝现象，冰塞的出现会减小过水断面面积，减小冰盖下的过流能力，使河道中的水位显著壅高。水位的壅高，或者冰塞体解体溃决时导致的冰凌洪水，常常使河道的上、下游发生淹没灾害，给国计民生带来重大的损失。同时，河道中桥墩的存在进一步改变了原有的水力条件和边界条件，对冰塞形成及演变产生影响，加剧了河道中桥梁的安全威胁。因而开展桥墩对冰塞形成的临界条件及厚度变化的影响分析对预防冰凌灾害具有重要的意义。
　　借助于实验室的试验水槽，通过改变水流条件和冰流量条件，研究了桥墩存在以及桥墩位置不同时对冰塞形成的临界条件和演变过程的影响。试验结果表明:桥墩的存在改变了桥墩附近的水流结构，使得桥墩附近水流输冰能力相对增大，同水流条件下，冰塞的形成将需要更大的冰流量条件;同水流条件下，与单墩放置于两弯连接处的直道段相比，单墩放置于弯道顶点处时，桥墩断面处冰塞形成需要更大的冰水流量比。相比于将桥墩安置在两弯连接直道段，将桥墩安置于弯道顶点处时，桥墩附近水流输冰能力增大;在两弯连接的直道段和弯道顶点处同时放置桥墩时，弯道平衡冰塞厚度介于单墩放置于两弯连接的直道段与单墩放置于弯道顶点处时的弯道平衡冰塞厚度之间。因此，当桥墩放置于弯道顶点处时，可将冰塞的不利影响减小到最低。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 河流冰塞问题概述

1．2 研究现状

1．3 冰塞与桥墩间的相互作用

1．4 研究课题来源及意义

1．5 课题研究主要内容

1．6 本章小结

第二章 冰塞演变的一般机理

2．1 冰塞形成

2．1．1 冰盖形成

2．1．2 冰塞形成的条件

2．1．3 冰盖前缘冰花下潜的临界值

2．2 冰塞演变

2．2．1 冰塞演变的三个阶段

2．2．2 冰的主要类型

2．2．3 冰塞演变的影响因素

2．3 本章小结

第三章 无桥墩影响下弯槽段冰塞形成的临界条件及冰厚变化的试验研究

3．1 试验条件

3．2 试验主要内容

3．3 试验现象

3．3．1 弯槽冰塞形成及演变的试验现象

3．3．2 冰波现象

3．4 冰塞形成的临界条件

3．4．1 直槽试验中冰塞形成的临界佛汝德数

3．4．2 弯槽试验中冰塞形成的临界佛汝德数

3．5 冰塞堆积演变的一般过程

3．5．1 初始冰塞形成

3．5．2 冰塞厚度变化的两种方式

3．5．3 弯槽段冰塞厚度分布

3．5．4 弯槽平衡冰塞厚度分布

3．5．5 平衡冰塞厚度与水深和流速以及冰流量之间的关系

3．6 本章小结

第四章 桥墩影响下弯槽段冰塞形成的临界条件及冰厚变化的试验研究

4．1 试验条件

4．2 桥墩试验的主要内容

4．3．1 单墩放置于两弯连接处的直道段时弯槽冰塞堆积的试验现象

4．3．2 单墩放置于弯道顶点时弯槽冰塞堆积的试验现象

4．3．3 同时放置桥墩时冰塞堆积试验现象

4．4 桥墩影响下冰塞堆积演变的一般过程

4．4．1 桥墩附近水流结构

4．4．2 桥墩上游冰塞形成的临界条件

4．4．3 桥墩附近纵断面冰厚变化及平衡时间

4．4．4 桥墩附近横断面冰厚变化

4．4．5 同时放置桥墩条件下冰塞厚度变化及平衡时间对比

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文的主要研究

5．2 未来工作的建议及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况