水毀路基邊坡保護工程設計及二維數(shù)值模擬.pdf

1、河龍高速公路是我國東營至香港的國家重點公路建設項目的重要組成部分，也是廣東省“十五”期間規(guī)劃建設的重點工程項目之一。該公路位于河源清溪河段，在2005年6月的東江流域特大洪水中受到嚴重的毀壞，沿岸邊坡發(fā)生坍塌。本論文結合工程路段的實際情況，采用航道整治工程對坍塌的邊坡進行保護。 河源清溪河段屬典型的彎曲河道，彎曲河道的水流因受離心力的作用，整個水體向凹岸壅高，凸岸水面變低，從而產生了面流指向凹岸、底流指向凸岸的螺旋狀水流。由于河

2、道表層水流較清，含沙量較小，底層水流較渾，含沙量較大，表層的清水沖向凹岸，使凹岸遭到?jīng)_刷，沖刷產生的泥沙以及上游挾帶下來的大粒徑沙卵石，由底流推移至凸岸產生淤積，并在凸岸形成邊灘。因此，在彎道環(huán)流的作用下，土質松軟的工程河段凹岸不斷受到?jīng)_刷，并不斷地坍塌后退，特別是在2005年東江流域特大洪水的作用下，剛剛竣工的高速公路以及河邊的鄉(xiāng)道路基的基礎被洪水淘空，因此導致了邊坡失穩(wěn)、路面下陷等嚴重問題。 本論文借鑒國內外眾多專家對公路水

3、毀問題的研究成果，在認真勘察工程現(xiàn)場和了解所在河段的地質、水文、泥沙特性的基礎上，詳細分析了公路水毀的原因和機理，提出了采用短丁壩和護岸相結合的航道整治工程措施來保護公路水毀邊坡的設計方案，并采用數(shù)值模擬方法，對設計方案的工程效果進行了驗證和比選。本論文提出了兩種整治線走向的四種工程設計方案，即根據(jù)整治線的離岸距離分為較長丁壩的兩種方案和較短丁壩的兩種方案。同時還進行了樁式護岸的設計，并在技術性和經(jīng)濟性兩方面與筑壩方案進行了比選。

4、 數(shù)值模擬采用沿水深積分的平面二維模型，水流為非恒定不可壓縮流體，因此，采用Navier-Stokes方程來描述水流運動，利用有限單元法對方程進行離散求解，未知函數(shù)的時間導數(shù)采用差分格式來進行離散，進行空間離散時主要考慮風產生的切應力、河床底部的摩阻應力以及地球自轉引起的柯氏力的影響，并采用二次插值函數(shù)對方程組進行離散。通過與原型進行整治水位下水面線和流態(tài)的驗證，表明模型計算精度基本達到要求。數(shù)模計算分別對各種整治方案在設計流量、整治