涉河正交桥墩壅水模型试验研究

严军, 蔡显赫, 卢鹏, 陈振武

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450046; 2.长江宜昌航道工程局,湖北 宜昌 443003)

桥梁建成后往往会占用河道原有过水面积,使河道局部水位壅高,墩柱会改变其周围流场,局部流速和流向的改变会对桥梁墩柱产生冲刷,对桥墩的耐久性和安全性造成威胁。特别是当桥梁布置不合理时,桥墩将会产生明显的阻水、绕流及挑流现象,导致河道局部水流流向和流速发生急剧改变,恶化和衍生河工险段,增加河道行洪、排涝的压力。因此,研究桥墩前的水位壅高以及局部流场的变化有利于桥墩的优化设计,对河道防洪安全、稳定河势有着重要的意义。

国内外专家学者对桥墩壅水计算做了大量的研究,提出了一系列壅水高度的计算公式以及相对应的修正公式[1-7],对于桥梁阻水比及壅水影响范围也有了进一步研究[8-9]。但是涉河桥墩的形状除了圆柱形之外,还有圆头方形、方形等[1],而目前大多数研究基于圆柱形桥墩和方形桥墩,对于圆头方形桥墩的研究较少,而且也没有统一的壅高计算公式。本文建立单墩、双墩、五墩、六墩圆头方形桥墩模型,通过改变桥墩间距、桥墩尺寸、阻水比等因素,基于数值模拟中的桥墩壅水曲线规律,拟合了桥墩前最大水位壅高的计算公式,并探讨了桥墩周围流场随上述因素的变化,研究成果能够为桥墩的优化设计以及壅水计算提供依据。

1 物理水槽试验

本试验在长10 m、宽1 m、高0.5 m的环形水槽中进行,水槽底部为缓坡,坡度为0.21‰,试验水槽如图1所示。……