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顺直河道双桥墩纵向桥段流场过剩切应力特征数值模拟

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长安大学学报（自然科学版） 2021年第4期41卷 32-42页

作者：齐洪亮袁天刚田伟平张晨光长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

为了揭示纵向桥墩跨径对河床附近过剩切应力特征的影响机理及规律,利用FLOW-3D软件,参考西汉(西安—汉中)高速公路纵向桥墩设计方案,采用定床方式对顺直河道双桥墩纵向桥段河床附近的过剩切应力进行了数值模拟,分析圆形桥墩直径对下游... 详细信息

为了揭示纵向桥墩跨径对河床附近过剩切应力特征的影响机理及规律,利用FLOW-3D软件,参考西汉(西安—汉中)高速公路纵向桥墩设计方案,采用定床方式对顺直河道双桥墩纵向桥段河床附近的过剩切应力进行了数值模拟,分析圆形桥墩直径对下游涡街影响范围长度的影响规律。以直径为0.04 m的圆柱桥墩模型为例,分析纵向桥跨径对河床附近水平面过剩切应力、各桥墩横断面过剩切应力及桥墩附近最大过剩切应力的影响,提出了显著影响河床附近过剩切应力的临界跨径及跨径对其影响规律。研究结果表明:当桥墩跨径小于28.5D(D为桥墩模型的直径)时,Kármán涡街的叠加效应对过剩切应力影响显著,且越靠近下游,影响越大;不同桥墩跨径时,各排桥墩横断面位置处,桥墩周围的过剩切应力与第1排桥墩横断面的过剩切应力相比,均有所降低,最大降幅达50%,靠近河岸区域的过剩切应力均有所增大,最大增幅达54%;桥墩跨径越小,各桥墩断面切应力值变化幅度越大,不同桥墩跨径时,第1排桥墩附近的最大过剩切应力值比较接近,最大过剩切应力系数约为0.95,且受跨径影响不大;桥墩跨径越小,纵向桥墩的遮蔽作用越明显,当桥墩跨径小于28.5D时,前3排桥墩附近的最大过剩切应力系数由0.95迅速降低至0.58,最终稳定于0.5左右;当桥墩跨径大于28.5D时,前2排桥墩附近最大过剩切应力系数由0.95迅速降低至0.72,最终稳定于0.7左右。

关键词：桥梁工程双桥墩纵向桥过剩切应力顺直河道数值模拟 CFD

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顺直河道低水生态修复工程的数值模拟

水动力学研究与进展（A辑） 2016年第2期31卷 245-252页

作者：张玮刘博雅卓家军 Wolfgang SUMMER 河海大学港口海岸与近海工程学院南京210098 University of Applied Sciences Vienna A- 1100 Vienna Austria

目前大多河流存在着平面顺直、断面单一的问题,需要进行生态修复。该文以奥地利某顺直河道段低水生态修复工程为例,利用水流数学模型,研究修复工程的平面布局。研究结果表明:利用错口丁坝,可在低水期形成蜿蜒多样的生态环境,且丁坝间距... 详细信息

目前大多河流存在着平面顺直、断面单一的问题,需要进行生态修复。该文以奥地利某顺直河道段低水生态修复工程为例,利用水流数学模型,研究修复工程的平面布局。研究结果表明:利用错口丁坝,可在低水期形成蜿蜒多样的生态环境,且丁坝间距与错口深度是决定因素;非淹没状态下,丁坝间距为2.28倍河宽、错口深度为0时效果最佳;部分淹没情况下,丁坝间距应保持2.28倍河宽,但错口深度应大于0;相对坝高较小时,错口丁坝壅水较小,对行洪没有影响。

关键词：顺直河道低水生态修复错口丁坝平面布局

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顺直河道采沙坑水流的三维数值模拟

水动力学研究与进展（A辑） 2003年第5期18卷 660-666页

作者：毛劲乔清华大学水利水电工程系北京100084

　建立各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)克服了各向同性紊流模型的缺点,模拟出顺直河道中次生流现象;与实验成果的比较分析证明了该三维紊流模型有良好的准确性。运用该数学模型对采沙坑周围水流进行分析,结果表明河床上出现采沙... 详细信息

　建立各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)克服了各向同性紊流模型的缺点,模拟出顺直河道中次生流现象;与实验成果的比较分析证明了该三维紊流模型有良好的准确性。运用该数学模型对采沙坑周围水流进行分析,结果表明河床上出现采沙坑后不但沿主流会造成纵向涡旋的坑上游缘口冲刷,横断面坑内次生流亦对河床有横向侵蚀,原有流态的变化迫使河床变形调整以趋向新的平衡。运用该数学模型能阐明次生流以及纵向涡旋对河床变形的作用,可模拟分析河道采沙对河床形态调整的影响,对河道采沙的科学决策和管理有积极意义。

关键词：各向异性采沙坑次生流数值模拟顺直河道三维紊流模型水流河道采沙河道演变

顺直河道小型堆厂址温排水及液态流出物扩散计算公式及验证

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给水排水 2017年第6期43卷 68-72页

作者：李奇付斌汤本靖中国核电工程有限公司建筑所北京100840

根据小型堆内陆厂址的排水特点,针对概化有代表性的顺直矩形断面河道,在排水流量和排水温升及污染物相对浓度一定的条件下,通过数学模型研究不同河道宽深比和来流比情况下的温升分布和液态流出物浓度分布规律。利用无量纲的环境水体特... 详细信息

根据小型堆内陆厂址的排水特点,针对概化有代表性的顺直矩形断面河道,在排水流量和排水温升及污染物相对浓度一定的条件下,通过数学模型研究不同河道宽深比和来流比情况下的温升分布和液态流出物浓度分布规律。利用无量纲的环境水体特征参数,提出温排水影响范围、液态流出物浓度场特征参量的估算公式,以及排水口下游1km断面处相对浓度特征量变化规律,并经过了实际验证。根据规范关于温排水、液态流出物的环保要求,提出了所需的最小河道来流量,可作为内陆小型堆选址、环境影响的依据和参考。

关键词：顺直河道小型堆温排水液态流出物计算公式

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顺直河道建港的可行性

水运工程 2010年第1期 54-57页

作者：游慕贤夏艳军长江委荆江水文水资源勘测局湖北荆州434002 中交第二航务工程勘察设计院有限公司湖北武汉430071

由于河道主流摆动不定,历来尽量避免在顺直河道上建设港口。但随着经济的发展,原来认为建港条件不好的顺直河道岸段亦开始逐渐开发。以靖江电厂码头的建设为例,分析在顺直河道建设码头的可行性。

关键词：顺直河道建港可行性

水库下游沙质顺直河道演变过程及阻力特性试验研究

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水库下游沙质顺直河道演变过程及阻力特性试验研究

作者：王茜长江科学院

学位级别：硕士

人们为了满足各方面的需求,在河流上修建了大量的水库。水库在发挥效益的同时,也改变了河流的自然属性,对水沙进行调节,改变水库下游的水流和泥沙条件,打破下游河道的已有平衡,使得下游水流长期处于不饱和状态,河床沿程发生不同程度的... 详细信息

人们为了满足各方面的需求,在河流上修建了大量的水库。水库在发挥效益的同时,也改变了河流的自然属性,对水沙进行调节,改变水库下游的水流和泥沙条件,打破下游河道的已有平衡,使得下游水流长期处于不饱和状态,河床沿程发生不同程度的冲刷、粗化、甚至河型转换等,对防洪、航运、取水、生态等方面有重要影响。虽然关于水库下游河道的研究很多,但是有关边滩存在下的水库下游顺直河道的研究不多,且系统性不足,而顺直河道作为四大河型中的最基本河型,是进行其他河型研究的基础,因此,研究水库下游顺直河道演变过程及阻力特性具有重要意义。本文首先综述了国内外有关水库下游河道演变规律及阻力特性的研究进展情况,在此基础上,以概化模型试验为主、理论分析为辅的方法,研究了水库下游边滩影响下的顺直河道水流紊动特性、不同边滩型式(1个边滩、异岸2个边滩和犬牙交错4边滩)和水流条件下河床演变过程、床面阻力的变化规律及床面阻力与床面形态之间的关系,主要结论如下:(1)纵向时均流速沿程大小变化与边滩有关,表现为滩头最小、滩中及滩尾相差不大;横向时均流速的流向则在边滩的影响下出现周期性变化;纵向、横向和垂向相对紊动强度沿横向均表现出滩上最大、远滩次之、滩边最小,且后面两个相差不大;(2)三种边滩型式下水面线随时间均呈先降低后升高,且边滩数目越多,最终比降越大;不同水流条件和边滩组成下边滩头部冲刷最为剧烈、边滩中也以冲刷为主,但是程度低于边滩头部;边滩尾部则会出现淤积,且大流量下可以明显的看到边滩向下游移动;(3)综合阻力在冲刷末期基本呈上升趋势,最后趋向于一个定值;同一流量下,边滩越多,边滩对水流的阻碍作用越强,河床阻力越大;最终时刻的床面综合阻力与初始弗汝德数、宽深比正相关、与初始雷诺数负相关;(4)床面分形维数与河床阻力正相关。

关键词：顺直河道边滩概化模型试验冲淤变化床面阻力

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山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷试验研究

山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷试验研究

作者：张晨光长安大学

学位级别：硕士

近些年来,我国在西部山区修建了许多高速公路,为了减少公路基础设施建设对区域生态环境的影响,常常采用纵向桥梁代替传统路基形式。然而,纵向桥墩数量众多,对河道水流形态影响严重,导致桥墩局部冲刷问题突出,且冲刷机理复杂。开展山区... 详细信息

近些年来,我国在西部山区修建了许多高速公路,为了减少公路基础设施建设对区域生态环境的影响,常常采用纵向桥梁代替传统路基形式。然而,纵向桥墩数量众多,对河道水流形态影响严重,导致桥墩局部冲刷问题突出,且冲刷机理复杂。开展山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷试验研究,对揭示纵向桥墩局部冲刷机理和冲刷深度确定方法,具有重要的理论及实际意义。本文在归纳分析山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷影响因素的基础上,针对纵向桥位置、纵向桥跨径及纵向桥轴线与水流夹角等因素对纵向桥局部冲刷特征的影响问题,通过多因素、多水平的室内模型试验,研究了不同影响因素对纵向桥局部冲刷深度的影响规律,并提出了相应的纵向桥墩局部冲刷深度确定方法。论文的主要研究内容和研究结论如下:(1)首先,本文从自然因素和纵向桥因素两方面,分析了山区河道纵向桥墩最大局部冲刷深度的影响因素,选择研究的主要因素为:纵向桥跨径、纵向桥位置以及纵向桥轴线与水流方向的夹角。(2)在选定影响因素的基础上,结合试验条件与现场河道特征选择比尺,选取52cm、64cm、80cm、120cm、160cm、200cm等6个跨径进行模型试验。结果表明:各桥墩局部冲刷深度的变化规律与L/D(L为桥墩跨径、D为桥墩直径)密切相关。当L/D≤20时,随着桥墩跨径的增大,桥墩的局部冲刷深度逐渐减小;当L/D>20时,随着桥墩跨径的增大,桥墩的局部冲刷深度逐渐增大;当L/D≥30时,跨径对局部冲刷深度无明显影响,桥墩局部冲刷深度可按单桥墩处理。(3)当纵向桥跨径相同时,对桥墩组位于河道中间和河道一侧时的最大局部冲刷深度进行对比。结果表明:当纵向桥位于河道一侧时,各列桥墩的最大局部冲刷深度在纵向上的变化趋势与纵向桥位于河道中间时一致,在横向变化较为明显,受河道边壁的影响,各桥墩最大局部冲刷深度有所增大。(4)第1排桥墩的最大局部冲刷深度不受后排桥墩的影响,且其最大值与65-2公式的计算结果接近。后排桥墩最大冲刷深度均有所减小,减小幅度与纵向桥跨径有关,总体呈现先减小后增大,最终趋于稳定的趋势,具体冲刷深度大小可依据桥墩布设情况的不同,参照表4.1～表4.3和表5.3～5.4中的系数,通过对65-2公式计算结果进行折减而确定。(5)当纵向桥轴线与水流方向存在夹角时,分别研究了跨径为52cm和64cm,夹角为5°和10°时纵向桥局部冲刷深度的变化规律。结果表明:当L/D≤16,且纵向桥轴线与水流方向夹角在10°以内时,改变桥墩跨径和纵向桥轴线与水流方向的夹角,对桥墩周围局部冲刷深度造成的影响不大。

关键词：顺直河道纵向桥桥墩冲刷模型试验局部冲刷深度

顺直河道中沉积物的粒度及重矿物分布规律——室内大型水槽实验

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沉积学报 1998年第2期16卷 134-138页

作者：叶玮中国科学院新疆地理研究所

大型室内水槽重复实验表明，在顺直河道中，分选作用导致了从上游至下游表层沉积物粒径变细、重矿物含量增加。不同河床微地形对重矿物的富集能力不同。在平面上，深槽和浅滩迎水坡为重矿物富集区。在剖面上，则存在表层富集层、埋藏富... 详细信息

大型室内水槽重复实验表明，在顺直河道中，分选作用导致了从上游至下游表层沉积物粒径变细、重矿物含量增加。不同河床微地形对重矿物的富集能力不同。在平面上，深槽和浅滩迎水坡为重矿物富集区。在剖面上，则存在表层富集层、埋藏富集层和残留富集层三种富矿层。重矿物在河道中的富集规律表明。侵蚀作用在重矿物富集过程中扮演着重要色。

关键词：顺直河道粒度重矿物分布规律沉积物

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顺直河道垂线流速分布实验研究

科学中国人 2017年第7X期 24-24页

作者：谢佳明重庆交通大学

为了研究顺直河道垂线流速分布,本文采用水槽实验数据和理论分析相结合的方法,使用EXCEL软件绘制顺直水槽垂线流速分布曲线,通过基于实验数据绘制的顺直水槽垂线流速分布曲线得出有价值的结论。并提出流体力学中几种流速分布公式,以便... 详细信息

为了研究顺直河道垂线流速分布,本文采用水槽实验数据和理论分析相结合的方法,使用EXCEL软件绘制顺直水槽垂线流速分布曲线,通过基于实验数据绘制的顺直水槽垂线流速分布曲线得出有价值的结论。并提出流体力学中几种流速分布公式,以便于与本次实验研究得到结论对比,从而验证研究合理性。

关键词：顺直河道垂线流速流速分布曲线抛物线型流速分布公式