【摘 要】
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在寒冷地区河道中,冰盖的存在会改变河道流速分布,河道断面湿周增加近一倍,并增加河道水力阻力。与明流条件相比,冰盖条件下水流最大流速点会向河床移动,导致床面近底流速梯度和切应力增大,使得冲刷比明流条件更严重,加剧了桥墩周围的局部冲刷。过度的局部冲刷会导致桥梁倒塌。桥墩局部冲刷深度的预测是桥梁研究中的一个难点。现有桥墩局部冲刷深度计算式往往无法准确预测桥墩实际冲刷深度,因为洪峰往往持续时间较短,大多数
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“桥墩附近冰塞演变与河床局部冲刷相互作用及其机理研究（NO.51879065）”中关于冰盖对桥墩冲刷影响的试验研究部分；
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在寒冷地区河道中,冰盖的存在会改变河道流速分布,河道断面湿周增加近一倍,并增加河道水力阻力。与明流条件相比,冰盖条件下水流最大流速点会向河床移动,导致床面近底流速梯度和切应力增大,使得冲刷比明流条件更严重,加剧了桥墩周围的局部冲刷。过度的局部冲刷会导致桥梁倒塌。桥墩局部冲刷深度的预测是桥梁研究中的一个难点。现有桥墩局部冲刷深度计算式往往无法准确预测桥墩实际冲刷深度,因为洪峰往往持续时间较短,大多数研究重视平衡时的冲刷深度,而忽略了桥墩局部冲刷深度随时间变化的过程。基于水槽清水冲刷试验,对冰盖与明流条件下圆柱型桥墩局部冲刷随时间的变化进行了研究,分析了水流深度、行近流速、桥墩墩径、泥沙中值粒径等各个因素对桥墩冲刷过程和平衡冲刷时间的影响。试验结果表明:冰盖下桥墩局部冲刷速率大于明流。平衡冲刷深度比明流条件下的约大12%,且冲刷平衡所需时间比明流条件下的要约大10%。随着水深增大,冲刷平衡所需时间也增大;随着墩径D变大,同一时刻内桥墩局部冲刷速率变大,冲刷平衡所需时间te也会延长;随着泥沙中值粒径d50的增大,桥墩局部冲刷深度减小,桥墩局部冲刷平衡所需时间te也减小;分析了水流强度与无量纲冲刷深度的关系,对比了冰盖与明流条件下冲刷深度变化速率的差异,给出了冰盖下局部冲刷深度随时间变化的经验方程,研究成果可供实际工程参考。
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