浮式柔性结构周围水流特性及促淤效果试验研究

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传统的河口和河道治理建筑物主要是刚性建筑物,如丁坝、顺坝或潜坝等,能起到塞支强干、调整水流、护岸护堤等作用,但实践证明,这些刚性建筑物对河床造成较大扰动,易形成较为严重的工程局部冲刷,而柔性防护结构则既能起到保滩护岸作用,又对河道水流及河床冲刷的影响小,因此拥有较大的研究前景。
  本文对一种浮式柔性导流结构进行研究,分析了其主要促淤机制和稳定性影响要素,开展系列物理模型试验对其周围水流特性以及促淤效果进行分析,并对该结构在桥墩防护工程的应用进行了探究。本文主要工作内容如下:
  1、通过水槽清水试验,测定了该浮式柔性结构在恒定流作用下的工作形态,测量分析了其周围水流特性并与刚性结构进行了对比。试验结果表明:浮式柔性结构的工作形态主要决定于浮筒浮力、帘体相对有效高度和水流速度三个参数;柔性结构与刚性结构周围具有相似的水流特性,但柔性材料阻水作用小,因而其束流影响比刚性结构小,附近水流紊动性更小,且能起到挑流消能作用。
  2、通过水槽恒定流与涌潮试验,对该浮式柔性结构在恒定流以及涌潮作用下的底部受力情况进行了测量与分析。试验结果表明:水流流速越大,保持结构底部稳定所需的力就越大,但力的增幅是减小的,其主要原因是由于结构的阻水面积随着流速越大而减小;结构底部拉力在涌潮潮头作用下达到最大值,拉力最大值Fmax和均值???的比值随着涌潮从波状到破碎而呈现增大趋势,至一定值后趋于稳定,稳定在2.1~2.3左右。
  3、通过泥沙水槽试验,对该结构的三种不同形式进行冲淤试验,并对刚性和柔性结构的局部冲刷情况进行对比。试验结果表明:柔性结构在恒定流和往复流作用下均可稳定工作,在下游小范围内冲刷,而在远处形成大范围淤积;柔性结构局部冲刷深度和冲刷体积要比刚性结构小,其回流区广,淤积范围更大。
  4、将单个浮式结构应用于桥墩防护进行试验,比较了结构与桥墩间的距离L的影响,并对“一体两翼”式三结构防护进行了初步的试验。试验结果表明:该结构可对桥墩冲刷起到防护作用,距离桥墩前沿3倍于柔性结构有效高度时为最佳距离,此时桥墩附近地形变化最小;采用“一体两翼”式防护形式,可在保证减小桥墩局部冲刷的前提下,将局部冲刷较大的位置转移到距离桥墩较远处,并减小桥墩附近淤积过于集中的现象。
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