橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算.ppt

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1、第十三章橋梁墩臺(tái)沖刷計(jì)算13-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變13-2墩臺(tái)沖刷類(lèi)型13-3橋下斷面一般沖刷深度13-4墩臺(tái)局部沖刷深度13-5橋下河槽最低沖刷線113-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變泥沙分類(lèi)懸移質(zhì)——顆粒較細(xì)的泥沙被水流帶起，懸浮于水中向下游運(yùn)動(dòng)。推移質(zhì)——顆粒稍大的泥沙，在床面上滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍著間歇性地向下游移動(dòng)。床沙——下沉到河床床面靜止不動(dòng)的泥沙。泥沙的主要特性幾何特性一般用泥沙顆粒的直徑（粒徑d）、粒徑級(jí)配曲線、平均粒徑或中值粒徑（d50）來(lái)表示。213-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變粒徑——與泥沙顆粒同體積的球體直徑，即等容直徑。測(cè)量方法：篩分法、水析法、直接量測(cè)長(zhǎng)短軸粒徑

2、級(jí)配曲線：表明沙樣顆粒的大小和均勻程度。（圖9-16）313-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變平均粒徑中值粒徑——大于和小于該粒徑的泥沙質(zhì)量（或重量）各占一半。重力特性泥沙顆粒實(shí)體的單位體積的重力，即重度。一般平均為26kN/m3。水力特性沉降速度——泥沙顆粒在靜止的清水中均勻下沉的速度。（9-20）413-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變泥沙的起動(dòng)泥沙的起動(dòng)：在水流推動(dòng)下，床面泥沙顆粒由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。泥沙起動(dòng)的受力分析起動(dòng)流速v0：床面泥沙顆粒在各種外力作用下，失去平衡，泥沙開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的水流垂線平均流速。張瑞瑾公式（圖9-21）513-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變沙波運(yùn)動(dòng)形式示意圖613-1河流的泥

3、沙運(yùn)動(dòng)與河床演變天然河流中的沙波713-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變輸沙率、含沙量與挾沙力推移質(zhì)輸沙率——單位時(shí)間內(nèi)在過(guò)水?dāng)嗝鎲挝缓硬蹖挾壬希ㄟ^(guò)的推移質(zhì)的重量。反映推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度。竇國(guó)仁公式推移質(zhì)輸沙率與流速4次方成正比，因此，大多數(shù)推移質(zhì)集中在流速最大的主流區(qū)內(nèi)，而且一年中推移質(zhì)的很大部分是在幾次大洪水過(guò)程中通過(guò)的。813-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變含沙量——單位體積內(nèi)水流中所含懸移質(zhì)的重量。挾沙力——在一定的水力條件和邊界條件下，單位體積的水流能夠挾帶泥沙的最大重量。橋孔凈長(zhǎng)Lj——橋長(zhǎng)扣除全部橋墩寬度后的長(zhǎng)度。河床的粗化在沖刷河段內(nèi)，床沙中的細(xì)顆粒泥沙被水流沖走，粗顆粒泥沙慢

4、慢沉下來(lái)，河床表面層的泥沙粒徑逐漸增大，形成自然鋪砌的現(xiàn)象。913-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變河床演變河床演變——在天然狀況下或人類(lèi)活動(dòng)的干擾后，河床形態(tài)逐漸的變化。河床演變的基本原理水流輸沙不平衡引起河床演變水流通過(guò)泥沙運(yùn)動(dòng)塑造河床形態(tài)，是最活躍的因素，起主導(dǎo)作用。副流的存在是河床沖淤變形的直接原因。影響河床演變的主要自然因素上游來(lái)水條件，即流量的大小和變化。1013-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變上游來(lái)沙條件，即上游來(lái)沙量及其粒徑組成。河床地質(zhì)、土質(zhì)條件、河床比降。河相關(guān)系河相關(guān)系——描述河床均衡形態(tài)的幾何因素（河寬B、平均水深h、比降i、彎道半徑R等）與來(lái)水、來(lái)沙條件（Q、d等）存在的

5、對(duì)應(yīng)關(guān)系。造床流量——與多年連續(xù)造床作用相當(dāng)?shù)哪硞€(gè)流量數(shù)值。穩(wěn)定河寬公式（9-25）1113-1河流的泥沙運(yùn)動(dòng)與河床演變河槽寬度與水深的關(guān)系單寬流量集中系數(shù)（9-24）（13-3）1213-2墩臺(tái)沖刷類(lèi)型概述河道中水流驅(qū)使床面泥沙運(yùn)動(dòng)，泥沙運(yùn)動(dòng)后的床面形態(tài)又影響水流結(jié)構(gòu)，水沙運(yùn)動(dòng)相互依存，相互影響，永恒變化。橋梁設(shè)計(jì)中，必須合理地預(yù)估橋梁使用期間墩臺(tái)周邊的沖刷，為確定墩臺(tái)基礎(chǔ)最小埋置深度提供依據(jù)橋梁墩臺(tái)沖刷是橋梁水毀的直接原因，對(duì)橋梁安全的危害極大。1313-2墩臺(tái)沖刷類(lèi)型規(guī)范C30的一般規(guī)定：1413-2墩臺(tái)沖刷類(lèi)型河床自然演變沖刷定義：河床在水力作用及泥沙運(yùn)動(dòng)等因素影響下自然發(fā)育過(guò)程

6、造成的沖刷現(xiàn)象。規(guī)范C30條文1513-2墩臺(tái)沖刷類(lèi)型橋下斷面一般沖刷定義：橋下河床全斷面發(fā)生的沖刷現(xiàn)象。一般沖刷原理建橋后，由于斷面壓縮使過(guò)水?dāng)嗝孀冃?，流速加快，水流夾沙能力增強(qiáng)，從而產(chǎn)生的沖刷。（圖13-1）1613-2墩臺(tái)沖刷類(lèi)型墩臺(tái)局部沖刷定義：水流受墩臺(tái)阻擋，在墩臺(tái)附近局部范圍內(nèi)發(fā)生的沖刷現(xiàn)象。1713-3橋下斷面一般沖刷深度一般沖刷深度hp定義：一般沖刷完成后從設(shè)計(jì)水位算起的橋下最大鉛垂水深。64-1公式（沖止流速公式）沖止流速vz——橋下一般沖刷停止時(shí)的垂線平均流速。沖止流速理論：橋下斷面內(nèi)的任一垂線流速都會(huì)由于橋梁墩臺(tái)對(duì)河床的壓縮而提高，此時(shí)將發(fā)生一般沖刷。隨著沖刷的發(fā)展

7、，垂線深度加大，垂線平均流速降低。當(dāng)垂線平均速度降低到該垂線的沖止流速時(shí)，一般沖刷停止。1813-3橋下斷面一般沖刷深度連續(xù)性方程（12-17）對(duì)寬淺式河渠，水力半徑約等于平均水深1913-3橋下斷面一般沖刷深度沖止流速非黏性土河槽（13-2）考慮單寬流量向深槽集中的趨勢(shì)（13-3）（13-4）一般沖刷深度（13-5）2013-3橋下斷面一般沖刷深度非黏性土河灘（13-7）（13-6）一般沖刷深度（13-8）2113-3橋下斷面一般