大工12春桥涵水文辅导资料十三
大工12春桥涵水文辅导资料十三主 题：第六章桥墩和桥台冲刷
学习时间：2012年6月25日－7月1日
内 容：
我们这周主要学习桥墩和桥台冲刷的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深相关知识的理解。
一、学习要求
1、掌握沥青路面结构设计的一般原则；
2、掌握合理路面的结构分析。
二、主要内容
为了保证桥梁的安全和顺利宣泄设计洪水，不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且墩台基础还要有足够的埋置深度，以免遭受洪水冲刷而破坏。因此，设计桥梁时，必须合理地预计桥梁使用期限内河床的演变和墩台的冲刷，为确定墩台基础的埋置深度提供依据。
河床中水流作用于床面泥沙（沙，石、泥、土等），泥沙颗粒伴随着水流不停地运动。床面上的泥沙被水流冲起带走，使床面下切，形成河床的冲刷；水流所挟带的泥沙沉积下来，使床面淤高，形成河床的淤积。在水流和泥沙的相互作用下，不停地冲淤变化，构成了河床的自然演变。
建桥后，除河床的自然演变以外，还有桥梁孔径压缩水流和墩台阻挡水流引起的冲刷，各种冲刷交织在一起同时进行，冲刷过程非常复杂。墩台周围河床的最大冲刷深度，是各种冲刷综合作用的结果，直接威胁着墩台基础的安全。
第一节泥沙运动
天然河床是由大小不同、形状各异的泥沙所组成。根据泥沙在河槽内运动的状态，可分为悬移质和推移质两类。
悬移质：在河流中，泥沙处于运动状态，颗粒较细的泥沙被水流中的紊流游涡带起，悬浮于水中向下游运动，前进的速度与水流的流速基本相同，这种泥沙称为悬移质。
推移质：在河流的运动过程中，颗粒稍大的泥沙，在河床表面上滚动、滑动或跳跃着向下游移动，前进的速度远远小于水流的流速，这种泥抄称为推移质。推移质群体的运动形态，呈现为床面上的沙波运动。
床沙：比推移质颗粒更大的泥沙，下沉到河床上静止不动，称为床沙。
悬移质、推移质和床沙之间颗粒大小的分界是相对的，随水流的流速大小而变化，并且三者之间还存在着相互交换的现象。
对于河槽内处于运动状态的泥沙，根据颗粒粗细及其来源又分为床沙质和冲泻质两类。
床沙质：某一河段来自上游的泥沙中，一部分颗粒较粗，在床沙的组成中大量存在，可以认为它们直接来自上游的河床，并与本河段床沙有交换现象，这一部分泥沙就称为床沙质。
冲泻质：另一部分颗粒较细的泥沙，在床沙的组成中只有少量存在或根本不存在，可以认为它们来自流域的表面冲蚀，随水流冲泻而下，沿程与床沙无交换现象，并且也很少沉积，称为冲泻质。
床沙质与冲泻质的颗粒粗细也是相对的，随着水流条件及河流形态的改变，也将互相转化。床沙质、冲泻质和悬移质、推移质，是对运动中的泥沙的两种分类，不可混淆。
床沙质直接参与造床作用，是河床演变的主要影响因素，而冲泻质的影响则很小。对于桥梁上下游，因水流急剧变化，引起河床变形和墩台附近冲刷，起主要作用的是推移质和床沙；颗粒很细的悬移质泥沙，对长河段的河床演变才起主要作用。
一、泥沙的主要特征
几何特征
河床泥沙是由大小不同、形状各异的泥沙颗粒组成的集合。泥沙的几何特性一般用泥沙颗粒的粒径、粒径级配曲线(粒配曲线)、平均粒径或中值粒径(d50)来表示。
重力特征
泥沙的重力特性用泥沙颗粒实体的单位体积的重力来表示，称为容重γ(或重度)，单位为N/m3。另外，干容重γ’也表示沙洋的重力特性，用单位体积的原状土样中颗粒的重力来表示，γ’越大，泥沙越密实。泥沙的重度随岩石成分而不同，但实测资料表明其变化不大，一般可采用26kN/m3。
水力特征
泥沙的水力特性，由泥沙颗粒在静止的清水中均匀下沉的速度来表示，称为沉速，符号为ω(cm/s)。沉速是反映泥沙运动和河床冲淤可能性的重要参数。
粒径：泥沙颗粒形状极不规则，通常采用与泥沙颗粒同体积的球体直径，即等容直径d来表示泥沙颗粒的大小，以m或mm计。
粒径大于0.05mm的泥沙，一般采用筛选法量测，以标准筛的孔径来确定粒径的大小；粒径小于0.05mm的泥沙，则采用水沂法，根据泥沙在静水中的沉降速度与粒径的关系来确定粒径的大小。对于大颗粒的原石，可以直接量测。
粒径级配曲线：河流泥沙是由大小不同的颗粒组成的群体，各种颗粒的粒径在群体中所占的比例用级配曲线来表示，如图6-1所示。粒径级配曲线通常画在半对数坐标纸上，横坐标表示粒径大小，纵坐标表示小于某粒径的颗粒，在整个沙样中所占的重量百分数。
平均粒径和中值粒径：平均粒径和中值粒径都可以作为沙样的代表粒径。
平均粒径：砂样中各级粒径(重量)的加权平均值。砂样平均粒径计算公式为：
中值粒径d50，是砂样中大于和小于这种粒径的泥砂质量(或重量)各占一半的那种粒径，可从砂样的粒配曲线上查得。
二、泥沙的起动
泥沙的起动—河床上的泥沙在水流作用下，由静止状态转变为运动状态。
泥沙的起动条件—泥沙起动是泥沙运动和河床变形的临界状态，此时的临界水流条件称为泥沙的起动条件。
泥沙颗粒的起动，是床面泥沙颗粒收到的驱动力和抗拒力以及这些力产生的力矩时区平衡的结果。泥沙颗粒周围的水流和受力状态
颗粒受力分析：
泥沙颗粒的受力可以概括为：推移力Px、上举力PZ 、重力G和阻力F。
接近床面的水流受到泥沙颗粒的阻挡，在颗粒的迎水面产生向前的冲压力；同时，泥沙颗粒附近的水统形成绕流，在颗粒的上方流速加快、压力减小，与底面产生压力差而形成向上的负压力。
在颗粒的背水面，由于绕流漩涡的作用，使颗粒表面产生了向前的负压力；在泥沙颗粒的下面，由于水流受阻，产生向上和向前的表面压力。泥沙颗粒表面上的这些水流作用合成为向前的推移力Px和向上的上举力PZ驱使泥沙颗粒运动。
抗拒泥沙颗粒运动的阻力主要是指颗粒之间的摩擦力，对于细颗粒还存在颗粒间的粘结力。
泥沙颗粒起动的临界条件，是推动颗拉运动的各力对支点O的力矩之和等于抗拒颗粒运动的各力对支点O的力矩之和。
起动流速的计算：
起动流速是床面泥沙颗粒在各种外力的作用下，失去平衡，泥沙开始运动时的水流垂线平均流速(m/s)，常用公式有张瑞瑾导出的起动流速公式和沙玉清建立的起动流速公式。
三、典型例题
简答题：
1、 什么叫做悬移质？
2、 什么叫做推移质？
悬移质：在河流中，泥沙处于运动状态，颗粒较细的泥沙被水流中的紊流游涡带起，悬浮于水中向下游运动，前进的速度与水流的流速基本相同，这种泥沙称为悬移质。
推移质：在河流的运动过程中，颗粒稍大的泥沙，在河床表面上滚动、滑动或跳跃着向下游移动，前进的速度远远小于水流的流速，这种泥沙称为推移质。推移质群体的运动形态，呈现为床面上的沙波运动。
转载请注明奥鹏作业答案网www.ap5u.com
页:
[1]