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《重庆交通大学》 2012年
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非恒定流作用下丁坝水毁试验研究

张秀芳  
【摘要】:丁坝是航道整治的常用工程措施之一,但建成运行后往往在汛期出现水毁现象,需要经常性维护,为了减少后期维护量,急需要开展非恒定流条件下的丁坝水毁研究。本文在长江上游来流过程特征分析的基础上,采用概化水槽的定、动床模型试验,研究了7种非恒定流条件下丁坝周围的水力要素的变化过程,以及坝体周围的冲刷坑发展过程、丁坝的水毁过程,分析了丁坝水毁机理,并进行了对应恒定流的对比试验,研究成果可供丁坝优化设计及维护管理参考。论文取得的主要成果有: (1)长江上游天然年日均流量过程是一个非对称、非平衡的随机过程,具有单峰、双峰和多峰型态特征,一般峰数越少,最大峰值越大。本文利用一维一阶概率模型确定了不同频率洪水过程。 (2)根据原型河道特点与丁坝特征,进行了水槽与丁坝概化设计。采用非恒定流控制与量测试验系统,实现了日均非恒定流量过程的控制与水位、流速过程的量测。 (3)枯季流量较小时,丁坝多处于非淹没状态,坝头冲刷坑较小、坝体完好:随着流量增加,水流漫过坝顶,坝上下游出现大水位差,同时坝头前沿出现跌水,坝上下游及坝头前沿比降很大,但坝顶流速较小,易损部位主要在坝头;洪峰来临时,坝头前沿纵向水面比降较大、流速梯度较大,但坝顶流速及比降甚至超过坝头及主流区的流速和比降,易损部位主要在坝头与坝身。因坝头大流速水流持续作用的时间长,坝顶汛期水流作用力较大,坝头与坝身均为坝体易损部位,是丁坝结构设计和维护中应加强和重点防范的部位。 (4)非恒定流条件下,坝体周围水面比降极值出现时间在流量极值出现之前,且同流量下涨水期纵比降要大于落水期纵比降;坝头极限冲深、范围及坝体的水毁程度远大于径流总量相同下的恒定流水体的作用。 (5)随着流量增加,坝头流速增大,坝头冲刷坑逐步发展,坝头块石因失去河床的依托,开始失稳滑落;当首次洪峰来临、流速陡增,冲刷坑发展迅速,坝头、背水坡和坝顶往往出现突发性的块石坍塌水毁;随着后续水流的涨跌,坝头冲刷坑的发展相对平缓。 (6)坝体水毁是周围河床变形与汛期流量增大的自身适应性反应;坝头螺旋流、主流、翻坝水流的综合作用下,坝顶处流速与比降迅速增大,坝头涡体随着下潜水流运动到坝头与坝面后破碎、撞击、分离,形成很大的能量,脉动流速很大,使坝头松动的块石直接被水流带走,形成突发性坝体溃缺。
【学位授予单位】:重庆交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U617.91;TV863

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【参考文献】
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