桥梁水毁一直以来是桥梁事故中发生率最高的一种,而桥梁基础局部冲刷是桥梁水毁的主要原因之一。由于桥梁局部冲刷受到多种因素的影响,而且桥墩周围的水流结构十分复杂,下降水流、桥墩两侧的马蹄形漩涡、桥墩尾部的尾流漩涡以及桥墩周围的小漩涡,这些复杂的水流及漩涡组成桥墩周围复杂的水流结构。国内外众多专家针对桥墩局部冲刷进行了大量的试验和分析,但是主要是针对桥墩局部冲刷的机理进行的,目前对桥墩局部冲刷的防护措施研究还是很有限的,仍处于探索阶段。现有的桥墩局部冲刷防护措施根据防护原理分为主动防护和被动防护,虽然能起到一定的局部冲刷防护作用,但是被动防护存在着代价高、工作量大、易造成较大经济损失等问题,主动防护存在着后期需要大量人力、财力进行修缮维护等问题,因此对桥墩局部冲刷仍需进行大量的研究以得到更优的防护措施。本文针对桥墩局部冲刷机理,提出一种固定在桥墩上游的新型防冲结构——柱式墩防冲刷装置,此装置主要由固定桩和防冲刷挡板组成,若干根固定桩固定在桥墩上游一定距离处,以V字型排列,防冲刷挡板固定在固定桩上,组成一个整体。本装置防冲刷设施结构简单,从桥墩周围局部冲刷机理入手,减小作为引起局部冲刷主因的域前下降水流和墩周马蹄形旋涡,从而有效防冲刷,同时通过装置的挡板对水流进行引导,减弱尾流旋涡的强度,进一步起到减弱冲刷的作用。本文通过室内水槽试验和FLOW-3D三维数值计算软件对此装置进行模拟研究,研究装置对桥墩基础局部冲刷的防护效果,以及装置参数与防护效果之间的关系,得出参数的最佳组合。水槽试验和数值模拟是在4种挡板夹角、3种挡板距桥墩中心的距离、4种挡板高度的系统组合下,通过改变3个参数模拟其对桥墩局部冲刷的影响,通过量测墩周各测点的最大冲坑深度,分析墩周的水流结构,并与无防护的桥墩冲刷进行对比,得出以下结论:(1)在上游固定了柱式墩防冲刷装置后桥墩局部冲刷防护效果明显,可以有效减小最大冲坑深度;(2)较无挡板情况,在挡板防护下,最大冲刷深度明显减小,挡板参数不同,最大冲刷深度减小的程度不同,当挡板参数最优时,很好地起到了防冲刷保护桥墩的作用;(3)柱式墩防冲刷装置的高度、距桥墩中心的距离、夹角角度这3个参数的最佳组合为高度3/4h(h为河流水深)、距离3.5D(D为桥墩直径)、夹角角度60°,此时装置的防护效果最佳;(4)利用FLOW-3D软件建立了与室内物理试验相同数学模型,对挡板的3个重要影响参数进行模拟研究,得到的挡板参数与冲刷深度的规律以及最佳组合与室内物理试验得出的结论是一致相符的,数值模拟的冲刷坑与试验形状相似,说明这个结论具有较高的准确性,具有较大的参考价值,说明FLOW-3D可以很好地模拟桥墩局部冲刷。