專利名稱：一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法
一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于橋梁設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法。
背景技術(shù)：
橋位壓縮河道不僅造成縱向上沖刷，同時也會使橋位橫斷面地形發(fā)生變化，而且從洪水開始時刻，橋位橫斷面地形就不斷發(fā)生變化，一直持續(xù)整個洪水過程。
一般沖刷指建橋后橋下河床全斷面發(fā)生的沖刷，建橋后橋下河床隨著沖刷的不斷進行，最終會達到一個新的沖淤平衡狀態(tài)，這時一般沖刷停止，對應(yīng)的最大鉛垂水深即為一般沖刷后的最大水深。
橋下斷面因橋孔壓縮引起的沖刷與河床組成、比降、流量過程和壓縮程度有關(guān)，通常情況是粒徑組成越細，壓縮比越大，沖刷也就越嚴重。從實測沖刷橫斷面來看，斷面沖刷大體對稱，即河道中間最深，往兩岸沖刷深度減小。
在我國現(xiàn)行規(guī)范中使用的橋位斷面一般沖刷公式主要有64-1、64_2以及64_2簡化公式。
規(guī)范64-1公式假設(shè)條件當(dāng)河槽斷面流速等于沖止流速時，橋下一般沖刷隨即停止，且一般沖刷深度達到最大。
規(guī)范64-2公式假設(shè)條件橋位上游河道來沙量等于橋位斷面的排沙量時，一般沖刷深度達到最大值。
規(guī)范中的一般沖刷概念是基于恒定流下沖淤平衡關(guān)系建立起的計算模式。從洪水實際歷時和動床試驗結(jié)果來看，由于洪水歷時較短，洪水流量隨時間變化而變化，屬于非恒定流。建橋后橋下河床很難達到一個沖淤平衡狀態(tài)，大比降卵礫石河流河段橋位斷面發(fā)生的變化與規(guī)范中一般沖刷概念有所不同。
河流比降> 1.0%，流速大，水深小，卵礫石河床覆蓋層厚易沖刷，在一次大洪水流量過程中，橋位斷面一般沖刷并不是發(fā)生在流量最大的時刻，一般沖刷發(fā)生時間與洪水最大流量和歷時有關(guān)，可能在最大流量前、最大流量中或最大流量后。同時最大沖刷位置也在不停的變化，不但橋位斷面流速與沖止流速關(guān)系無法確定，其橋位上游河道來沙量也可能小于、等于或大于橋位斷面的排沙量，這些都與規(guī)范中64-1和64-2公式中的假定不符。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法，旨在解決河流的狀況不符合現(xiàn)行規(guī)范中使用的橋位斷面一般沖刷公式的假定條件，缺乏大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷計算方法和經(jīng)驗公式的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法，所述方法包括以下步驟
第一步收集洪峰期流量資料，繪制流量過程曲線確定橋位河段斷面特征流量Q并根據(jù)大橋設(shè)計資料查出橋長L，計算橋位斷面的單寬流量q ；
第二步收集建橋前的橋位河段地形圖，在橋位上下游I 2km河道順直段各選擇一個斷面作為計算起始點，選取主流河槽附近河底地形高程最低點，沿主流河槽在兩斷面之間繪制深泓線，測量出兩斷面間距離，根據(jù)繪圖比尺得到天然河段兩斷面間間距，計算床面比降J;
第三步通過橋位河段鉆機在河底鉆孔取沙，用不同篩徑的篩子分選各級床沙，用電子天平稱重，計算小于某一粒徑的質(zhì)量，粒徑小于Imm的床沙用粒度分析儀測量確定，繪制級配曲線并確定床沙中值粒徑d5(l ；
第四步水位采用精度為O.1mm的測針讀取，流量采用自控系統(tǒng)控制，地形采用二維地形測量儀測量，局部流速用旋槳流速器測量；
第五步布置主流不發(fā)生偏移時橋位斷面沖刷模型試驗，動床模型比降選擇0.005m、0. Olm和O. 015m三組，模型床沙中值粒徑選取3. 62mm、2. lmm、0. 97mm和O. 88mm四組，單寬流量控制10組方案，總計78組次試驗，用二維地形測量儀測量沖刷深度；
第六步根據(jù)主流不發(fā)生偏移時橋位斷面沖刷模型數(shù)據(jù)，對單寬流量q，河床比降 J，床沙中值粒徑d5(l，進行相關(guān)分析擬合得出洪峰時橋位斷面的最大沖刷深度hb計算公式；
第七步選擇單寬流量為9 = 9.01113/8.111，模型比降1 = 0.01，偏移率ε選取1. 00、1.75,2. 3和3. 25四組，進行主流偏移前后沖刷對比試驗，用二維地形測量儀測量沖刷深度；
第八步根據(jù)4種不同主流偏移率的動床模型對比沖刷試驗，采用最小二乘法對不同偏移率橋位斷面沖刷試驗結(jié)果統(tǒng)計整理，得到偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系K ε ；
第九步根據(jù)洪峰時橋位斷面的最大沖刷深度hb計算公式以及偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系擬合得出主流偏移率影響的最大洪峰沖刷深度公式hb ；
第十步布置主流無偏移時橋位斷面退水過程沖刷試驗，模型比降選擇O. 001、 O. 003,0. 005,0. 01和O. 015五種情況，模型床沙中值粒徑選取3. 62mm、2. lmm、0. 97mm和 O. 88mm四組，單寬流量控制10組方案，總計50組次試驗，用二維地形測量儀測量沖刷深度；
第十一步根據(jù)主流無偏移時橋位斷面退水過程沖刷數(shù)據(jù)，對無主流偏移情況下退水過程的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)，單寬流量q，河床比降J，床沙中值粒徑d5(l，進行相關(guān)分析擬合得出主流無偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度計算公式hhb ；
第十二步根據(jù)主流無偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度計算公式hhb以及偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系擬合得出主流偏移量影響后的退水過程沖刷深度計算公式
第十三步在主流不發(fā)生偏移時橋位斷面沖刷模型試驗以及退水過程沖刷試驗中，通過二維地形測量儀對實驗過程中橋位河段的地形測量，得到44組次最大沖刷面積與退水末期沖刷面積，對單寬流量q，河床比降J，床沙中值粒徑d5(l，進行擬合得出最大下切深度hxmax和退水末期下切深度hxmd計算公式。
進一步，所述方法中洪峰期橋位斷面最大沖刷深度計算公式為
權(quán)利要求
1.一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 第一步收集洪峰期流量資料，繪制流量過程曲線確定橋位河段斷面特征流量Q并根據(jù)大橋設(shè)計資料查出橋長L，計算橋位斷面的單寬流量q ； 第二步收集建橋前的橋位河段地形圖，在橋位上下游I 2km河道順直段各選擇一個斷面作為計算起始點，選取主流河槽附近河底地形高程最低點，沿主流河槽在兩斷面之間繪制深泓線，測量出兩斷面間距離，根據(jù)繪圖比尺得到天然河段兩斷面間間距，計算床面比降J ; 第三步通過橋位河段鉆機在河底鉆孔取沙，用不同篩徑的篩子分選各級床沙，用電子天平稱重，計算小于某一粒徑的質(zhì)量，粒徑小于Imm的床沙用粒度分析儀測量確定，繪制級配曲線并確定床沙中值粒徑d5(l ； 第四步水位采用精度為O. Imm的測針讀取，流量采用自控系統(tǒng)控制，地形采用二維地形測量儀測量，局部流速用旋槳流速器測量； 第五步布置主流不發(fā)生偏移時橋位斷面沖刷模型試驗，動床模型比降選擇O. 005m、0.Olm和O. 015m三組，模型床沙中值粒徑選取3. 62mm、2. 1mm、O. 97mm和O. 88mm四組，單寬流量控制10組方案，總計78組次試驗，用二維地形測量儀測量沖刷深度； 第六步根據(jù)主流不發(fā)生偏移時橋位斷面沖刷模型數(shù)據(jù)，對單寬流量q，河床比降J，床沙中值粒徑d5(l，進行相關(guān)分析擬合得出洪峰時橋位斷面的最大沖刷深度hb計算公式；第七步選擇單寬流量為q = 9. 0m3/s.m，模型比降J = O. 01，偏移率ε選取I. 00、1.75,2. 3和3. 25四組，進行主流偏移前后沖刷對比試驗，用二維地形測量儀測量沖刷深度； 第八步根據(jù)4種不同主流偏移率的動床模型對比沖刷試驗，采用最小二乘法對不同偏移率橋位斷面沖刷試驗結(jié)果統(tǒng)計整理，得到偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系K ε ； 第九步根據(jù)洪峰時橋位斷面的最大沖刷深度hb計算公式以及偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系擬合得出主流偏移率影響的最大洪峰沖刷深度公式hb ； 第十步布置主流無偏移時橋位斷面退水過程沖刷試驗，模型比降選擇O. 001,0. 003、O.005、O. 01和O. 015五種情況，模型床沙中值粒徑選取3. 62mm、2. 1mm、O. 97mm和O. 88mm四組，單寬流量控制10組方案，總計50組次試驗，用二維地形測量儀測量沖刷深度； 第十一步根據(jù)主流無偏移時橋位斷面退水過程沖刷數(shù)據(jù)，對無主流偏移情況下退水過程的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)，單寬流量q，河床比降J，床沙中值粒徑d5(l，進行相關(guān)分析擬合得出主流無偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度計算公式hhb ； 第十二步根據(jù)主流無偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度計算公式hhb以及偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系擬合得出主流偏移量影響后的退水過程沖刷深度計算公式hhbE ；第十三步在主流不發(fā)生偏移時橋位斷面沖刷模型試驗以及退水過程沖刷試驗中，通過二維地形測量儀對實驗過程中橋位河段的地形測量，得到44組次最大沖刷面積與退水末期沖刷面積，對單寬流量q，河床比降J，床沙中值粒徑d5(l，進行擬合得出最大下切深度hxmax和退水末期下切深度hxmd計算公式。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法中洪峰期橋位斷面最大沖刷深度計算公式為
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中當(dāng)考慮主流偏移率影響的最大洪峰沖刷深度公式為
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中當(dāng)主流無偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度計算公式為
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中對主流偏移情況下的全過程最大沖刷深度與無偏移時的最大沖刷深度進行對比統(tǒng)計分析，得出偏移率對沖刷深度的影響關(guān)系如下 Ke = O. 96 ε 0 42 因而考慮主流偏移量影響后的退水過程沖刷深度可用下述公式來描述
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中采用橋位斷面的下切深度來反映輸沙能力的變化，具體定義如下
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中最大下切深度和退水末期下切深度主要與橋位斷面的單寬流量、比降、粒徑有關(guān)，根據(jù)數(shù)據(jù)擬合出如下公式
全文摘要
本發(fā)明屬于橋梁設(shè)計領(lǐng)域，提供了一種大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷測控方法，根據(jù)橋位斷面的單寬流量、河床比降以及最大洪峰時橋位斷面的最大沖刷深度，計算出在主流不發(fā)生偏移時橋位斷面最大沖深、主流無偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度、主流偏移時橋位斷面退水過程最大沖刷深度以及橋位斷面平均下切深度，解決了河流的狀況不符合現(xiàn)行規(guī)范中使用的橋位斷面一般沖刷公式的假定條件，缺乏大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷計算方法和經(jīng)驗公式的問題，得出了大比降卵礫石河流河段的橋位斷面沖刷計算方法和經(jīng)驗公式，方法科學(xué)合理。
文檔編號E02B1/02GK102979058SQ201210330629
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者胡江, 張艾文, 蘭艷萍, 付旭輝, 李文杰, 楊勝發(fā), 張鵬 申請人:重慶交通大學(xué)