墩台构筑物干扰条件下的河流冰塞力学分析研究

摘要

冬季北方寒区河道中容易出现冰塞，使河道过水断面减小，阻力增加，进而引发河道水位的显著壅高。与无桥墩条件下相比，河道中桥墩的存在改变了局部水流特性以及冰塞的受力状态，更易诱发冰塞的形成。冰塞的形成会对桥梁产生诸多不利影响，例如:加剧桥墩附近河床的冲刷，加大桥墩结构的外部受力，削弱桥墩结构的抗剪能力。研究桥墩影响下的冰塞堆积特性对于预防冰凌灾害具有重要意义。
　　基于模型试验对桥墩影响下的临界流凌密度进行了研究，分析得到了临界流凌密度计算公式，并利用试验结果对临界流凌密度计算公式进行验证;基于力学分析的方法将冰塞视作颗粒状材料，采用平衡冰塞理论，建立冰塞单元力学平衡方程，得到了桥墩影响下冰塞稳定性判别公式，应用Utsutsu桥与Shokotsu桥的实测资料，对冰塞稳定性判别公式进行验证;通过建立冰塞体的平衡微分方程，考虑次生环流的影响，忽略冰塞体的粘聚力，得到了冰塞厚度横向分布计算公式;基于弹塑性力学分析，得到了考虑塑性变形的开河极限应力计算公式，与仅考虑弹性变形的极限应力公式相比，前者计算结果约为后者的1.39倍，并应用黄河河曲段原型观测资料对开河极限应力计算公式进行了验证。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 河流冰塞问题概述

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 桥墩对临界流凌密度的影响研究

2．1 试验装置与方法

2．2 临界流凌密度计算公式

2．3 试验结果分析与讨论

2．3．1 试验现象

2．3．2 模型验证与分析

2．4 本章小结

第三章 桥墩影响下的冰塞稳定性分析

3．1 力学模型与冰塞内力

3．1．1 冰塞前缘至桥墩前缘段冰塞受力分析

3．1．2 桥墩前缘至桥墩尾部段冰塞受力分析

3．1．3 桥墩尾部至冰塞尾部段冰塞受力分析

3．2 实例验证与分析

3．2．1 Saint John河大桥

3．2．2 日本Utsutsu桥与Shokotsu桥

3．3 本章小结

第四章 冰塞厚度横向分布规律的研究

4．1 Beltaos一维冰塞厚度计算公式回顾

4．1．1 冰塞下水流流速分布规律

4．1．2 冰塞厚度力学分析

4．1．3 一维冰塞厚度计算公式

4．2 力学模型与厚度分布计算

4．2．1 连续介质假定与基本方程

4．2．2 参数分析

4．3 模型验证与结果分析

4．3．1 参数β的确定

4．3．2 结果分析与讨论

4．4 本章小结

第五章 基于塑性破坏的武开河应力判别式研究

5．1 武开河机理与极限应力

5．1．1 武开河力学模型

5．1．2 冰盖的受力与变形

5．1．3 冰盖内力与极限弯矩

5．1．4 极限上举应力

5．1．5 极限条件下塑性屈服区分布函数

5．2 判别式应用与结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况