跌坎沖刷的一維數(shù)值計(jì)算的研究.pdf

1、我國很多橋梁附近的河段存在過度采砂現(xiàn)象，直接或間接導(dǎo)致橋梁垮塌的事故屢見不鮮，嚴(yán)重影響橋梁的安全和正常運(yùn)營。因此，將采砂坑上游邊坡概化為跌坎，研究跌坎的溯源沖刷的發(fā)展變化過程，及采砂坑對橋梁的安全所帶來的影響，對大橋防護(hù)和河道治理非常有必要。
　　本文首先建立了跌坎沖刷的一維數(shù)值模型，并進(jìn)行了驗(yàn)證。模型采用Godunov格式的有限體積法來離散淺水方程，采用后差分格式的有限差分法來離散河床變形方程;通過對靜水、跌水和跌坎沖刷三個算例

2、的計(jì)算，驗(yàn)證了該模型具有較好的和諧性、適用性及計(jì)算精度。
　　研究跌坎沖刷的影響因素，并分析各因素對跌坎沖刷的變化過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)，跌坎沖刷的過程與流量和跌水高差密切相關(guān)，與跌坎坡度關(guān)系不大;沖刷深度在初期迅速增長，后期增長緩慢，輸沙率也在沖刷初期達(dá)到最大值，隨后減小并趨于穩(wěn)定;溯源長度的增長主要發(fā)生在沖刷初期，且與流量、跌坎高差呈正相關(guān)。
　　在天然尺度下研究跌坎沖刷平衡特征值的變化，主要考慮流量、相對跌水高差和相對砂

3、坑深度三個因素。研究發(fā)現(xiàn)，溯源長度隨著流量、相對跌水高差和相對砂坑深度的增加而變大;相對最大沖深與流量關(guān)系不大，與相對跌水高差成正比，而與相對砂坑深度成反比;平衡比降隨流量的增大而減小，隨相對跌水高差和相對砂坑深度的增大而增大。因此，橋梁下游禁止采砂的控制范圍不僅要考慮橋梁的大小，也要考慮河流流量大小，同時要對采砂坑的尺寸和位置進(jìn)行控制。
　　在跌坎沖刷一維數(shù)值模型中加入動邊界處理模塊，模擬干河床行洪和跌坎沖刷過程，研究洪水特性對