水下隧道的建设不会影响船舶通航,因而对于航运要求较高、航运密度较大的平原河流来说,建设水下隧道来代替桥梁具有明显的优势。 水下隧道大多是采用埋设过江沉管或过江涵管的形式,这需要在天然河道内进行横向挖槽。当基槽挖深相对较大而底部宽度相对较小时,极易在基槽底部附近形成水平轴环流,从而影响河段的局部输沙能力,破坏基槽内的泥沙冲淤平衡。基槽开挖后,基槽处的水深加大,水流挟沙力显著降低,当泥沙进入基槽后,部分泥沙就会淤积在基槽内,从而影响沉管的埋设。因而研究在水平轴环流作用下基槽内的水流泥沙运动特性,分析泥沙的冲淤规律,对水下隧道工程的建设具有一定的指导意义和工程应用价值。 目前为止,基槽水流泥沙的运动特性没有系统的研究成果,有必要对其做进一步的研究。本文对基槽水流泥沙进行了试验研究和数值模拟,主要研究内容如下： 对基槽内水流结构进行了定床水流试验研究。利用三维声学多普勒流速仪(ADV)量测不同位置、不同流量下的流场,分析了底宽、坡度、水流条件对时均流速、紊动强度沿垂线分布的影响,并分析了不同因素对泥沙运动的影响。 对基槽变形进行了水流动床试验研究,得到了基槽内的冲淤变化情况。结合水流结构的研究成果,分析基槽水流对基槽各部分冲淤变形的影响。 利用计算流体力学软件FLUENT对基槽内的水流结构进行了垂向二维数值模拟。通过比较各种追踪自由液面的方法,选择有限体积法(VOF方法)来模拟自由水面,并与k-ε紊流模型耦合建立过江沉管隧道基槽的水气二相流数学模型。在求解过程中局部加密基槽内部的网格；采用了SIMPLEC算法进行计算。数值模拟计算结果与物理模型结果吻合较好,为应用fluent软件继续深入研究基槽水力特性提供了合理的参考依据。