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公路建设时,有时会出现与河道并行的情况,河道的一侧成为路基,此时,河道中水流不免会对公路的路基进行淘刷,结果可能造成河床的不断下切,致使公路的水毁,对人民的生命财产安全造成危害。因此,为避免此类事故发生,对沿河公路路基最大冲刷深度的探究十分必要。本论文针对影响沿河公路路基的流量、弯角及床沙质等因素采用动床模型进行试验。同时结合flow3d三维水沙数值模拟方法对影响沿河公路路基冲刷深度的多种因素进行分析。通过分析可得以下结论:
(1)顺直河段中随流量的增大,水深呈指数趋势增大,流速成对数趋势增大,河道冲刷深度成对数趋势增大。相同条件下,顺直河段中河床质为轻质模型沙时水深较大,流速较小,冲刷深度较大。河床质为天然沙时水深较小,流速较大,冲刷深度较小。通过对影响沿河公路路基顺直河段冲刷深度的各因素定量分析,结合大量试验数据建立了平行护岸冲刷深度公式。
(2)水流进入弯道后凹侧水深不断增大,流出弯道后不断减小,在弯道出口处附近达到最大。凸侧水深不断减小,流出弯道后增大,在弯道出口处附近到达最小。两侧水深差在弯道出口处附近达到最大。两侧水深最值点随流量与弯角的增大由弯道出口下游附近不断向上游即弯道出口处附近移动。水流进入弯道后流速开始不均匀分布,弯顶处凸侧流速大于凹侧流速,而后凹侧流速不断增大而凸侧流速受到抑制,到达弯道出口处时凹侧流速大于凸侧流速,凹凸侧流速差在弯道出口下游处附近达到最大。河流弯道两侧水流流速随流量的增加而增大,弯角的增大对水流流速有明显的抑制作用,相同流量下水流流速随弯角的增大而减小。相同条件下河床质为模型沙时各断面水深均大于河床质为天然沙时的水深,流速小于河床质为天然沙时的流速。
(3)由于弯道存在,河流弯道凹侧出现沿水流方向顺时针的螺旋流。导致弯道泥沙横向输移,出现凹侧泥沙冲刷凸侧泥沙淤积现象。弯道凹侧冲刷深度随流量与弯角的增加而增大。冲刷区域从弯顶处附近一直延续到下游直段,在弯段出口处附近冲刷深度达到最大。冲深最大位置随弯角的增大不断向弯道出口处附近移动。相同条件下,河床质为天然沙时冲刷深度明显小于河床质为模型沙冲刷深度。水流因素、几何边界及河床质因素彼此之间相互影响,共同作用于河流弯道冲刷深度。基于理论分析,结合平行护岸冲刷深度计算公式和本文多组试验数据拟合出适合河道泥沙冲刷深度的计算公式。
(4)建立沿河公路路基冲刷三维数值模型,采用flow-3d对其进行求解。通过数值模拟显示水流特性及河道冲刷实测值与模拟值符合度均较高。表明模型满足要求,可以用于预测更多路基冲刷不利工况。为沿河公路路基冲刷计算提供理论支持。
(1)顺直河段中随流量的增大,水深呈指数趋势增大,流速成对数趋势增大,河道冲刷深度成对数趋势增大。相同条件下,顺直河段中河床质为轻质模型沙时水深较大,流速较小,冲刷深度较大。河床质为天然沙时水深较小,流速较大,冲刷深度较小。通过对影响沿河公路路基顺直河段冲刷深度的各因素定量分析,结合大量试验数据建立了平行护岸冲刷深度公式。
(2)水流进入弯道后凹侧水深不断增大,流出弯道后不断减小,在弯道出口处附近达到最大。凸侧水深不断减小,流出弯道后增大,在弯道出口处附近到达最小。两侧水深差在弯道出口处附近达到最大。两侧水深最值点随流量与弯角的增大由弯道出口下游附近不断向上游即弯道出口处附近移动。水流进入弯道后流速开始不均匀分布,弯顶处凸侧流速大于凹侧流速,而后凹侧流速不断增大而凸侧流速受到抑制,到达弯道出口处时凹侧流速大于凸侧流速,凹凸侧流速差在弯道出口下游处附近达到最大。河流弯道两侧水流流速随流量的增加而增大,弯角的增大对水流流速有明显的抑制作用,相同流量下水流流速随弯角的增大而减小。相同条件下河床质为模型沙时各断面水深均大于河床质为天然沙时的水深,流速小于河床质为天然沙时的流速。
(3)由于弯道存在,河流弯道凹侧出现沿水流方向顺时针的螺旋流。导致弯道泥沙横向输移,出现凹侧泥沙冲刷凸侧泥沙淤积现象。弯道凹侧冲刷深度随流量与弯角的增加而增大。冲刷区域从弯顶处附近一直延续到下游直段,在弯段出口处附近冲刷深度达到最大。冲深最大位置随弯角的增大不断向弯道出口处附近移动。相同条件下,河床质为天然沙时冲刷深度明显小于河床质为模型沙冲刷深度。水流因素、几何边界及河床质因素彼此之间相互影响,共同作用于河流弯道冲刷深度。基于理论分析,结合平行护岸冲刷深度计算公式和本文多组试验数据拟合出适合河道泥沙冲刷深度的计算公式。
(4)建立沿河公路路基冲刷三维数值模型,采用flow-3d对其进行求解。通过数值模拟显示水流特性及河道冲刷实测值与模拟值符合度均较高。表明模型满足要求,可以用于预测更多路基冲刷不利工况。为沿河公路路基冲刷计算提供理论支持。