工程地质与桥涵水文教学作者盛海洋14.pptx
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1、机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、学习目标:1.了解调治构造物的类型和作用了解调治构造物的类型和作用;2.熟悉桥下一般冲刷计算;熟悉桥下一般冲刷计算;3.熟悉桥墩局部冲刷计算;熟悉桥墩局部冲刷计算;4.掌握墩台基底最浅埋置深度的确定掌握墩台基底最浅埋置深度的确定。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材二.本章重点和难点二二.本章重点本章重点1.桥下一般冲刷计算;桥下一般冲刷计算;2.桥墩局部冲刷计算;桥墩局部冲刷计算;3.墩台基底最浅埋置深度的确定。墩台基底最浅埋置深度的确定。三本章难点三本章难点1.桥下一般冲刷计算;桥下一般冲刷计算;2.桥墩局部冲刷计算;
2、桥墩局部冲刷计算;3.墩台基底最浅埋置深度的确定。墩台基底最浅埋置深度的确定。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材冲刷的类型n桥梁墩台冲刷是一个综合冲刷过程,可分为桥梁墩台冲刷是一个综合冲刷过程,可分为三部三部分分:桥位河段因河床自然演变而引起河床的:桥位河段因河床自然演变而引起河床的自然自然演变冲刷演变冲刷;因建桥压缩水流而引起桥下整个河床;因建桥压缩水流而引起桥下整个河床断面普遍存在的断面普遍存在的一般冲刷一般冲刷;由于桥墩台阻水而引;由于桥墩台阻水而引起的河床起的河床局部冲刷局部冲刷。其实桥梁墩台冲刷是受多种。其实桥梁墩台冲刷是受多种因素同时交叉影响产生的,但是为了便于研
3、究和因素同时交叉影响产生的,但是为了便于研究和计算,我们把墩台周围总的冲刷深度,假定为这计算,我们把墩台周围总的冲刷深度,假定为这三种冲刷先后进行,分别计算,然后叠加。三种冲刷先后进行,分别计算,然后叠加。n 机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材自然演变冲刷n对于河床的自然演变冲刷,目前尚无可靠的计对于河床的自然演变冲刷,目前尚无可靠的计算方法。一般可通过利用桥位上下游水文站实算方法。一般可通过利用桥位上下游水文站实测断面资料分析确定;也可通过对桥位河段的测断面资料分析确定;也可通过对桥位河段的实地调查,了解河道特性和历史演变情况,据实地调查,了解河道特性和历史演变情况,据以推
4、算在桥梁使用年限内河床可能下降或上升以推算在桥梁使用年限内河床可能下降或上升的幅度,合理地加减墩台基础的埋置深度。的幅度,合理地加减墩台基础的埋置深度。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材第一节 桥下一般冲刷n基本概念:n一般冲刷一般冲刷:由于建桥后压缩水流而在桥下河床:由于建桥后压缩水流而在桥下河床全断面内发生的普遍冲刷,称为一般冲刷。全断面内发生的普遍冲刷,称为一般冲刷。n一般冲刷深度一般冲刷深度hP hP:系指桥下河床在一般冲刷系指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的某一垂线水深。完成后从设计水位算起的某一垂线水深。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材
5、一.河槽一般冲刷n河槽一般冲刷河槽一般冲刷h hP P的计算公式有以下三类:第一的计算公式有以下三类:第一类是按桥下河槽输沙平衡原理建立的类是按桥下河槽输沙平衡原理建立的64642 2简简化公式化公式和按垂线冲止流速建立的和按垂线冲止流速建立的64-164-1修正公式修正公式,此类公式用于此类公式用于非粘性土河床的一般冲刷计算非粘性土河床的一般冲刷计算;第二类是第二类是粘性土河槽一般冲刷公式粘性土河槽一般冲刷公式;第三类是;第三类是桥台偏斜冲刷计算包尔达可夫公式桥台偏斜冲刷计算包尔达可夫公式。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算1.64-2简化
6、公式n1.64-21.64-2简化公式简化公式机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算1.64-2简化公式n式中:式中:Q Q2 2建桥后桥下河槽部分通过的设建桥后桥下河槽部分通过的设计流量(计流量(m m3 3/s/s),当桥下河槽能扩宽至全桥时),当桥下河槽能扩宽至全桥时(桥孔压缩水流很大,且河滩土质易冲),(桥孔压缩水流很大,且河滩土质易冲),Q Q2 2=Q=QP P;当桥下河槽不能扩宽时;当桥下河槽不能扩宽时,按式(按式(14-b14-b)计算;计算;n Q Qc c天然状态下河槽流量(天然状态下河槽流量(m m3 3/s/s)nQ Qt
7、 t天天然然状状态态下下桥桥下下河河滩滩部部分分设设计计流流量量(m m3 3/s/s)机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算1.64-2简化公式n式中:式中:nB B2 2建建桥桥后后桥桥下下断断面面河河槽槽宽宽度度(m m),一一般般情情况况下下B B2 2 =L=L(两两台台前前缘缘间间的的桥桥孔孔长长度度);只只有有当当桥桥孔孔压压缩缩部部分分河河滩滩,而而桥桥下下河河槽槽又又不不扩扩宽宽时,时,B B2 2=B=Bc c(天然河槽宽度);(天然河槽宽度);n设设计计水水位位下下,在在B B2 2宽宽度度范范围围内内,桥桥墩墩阻阻水总面积
8、水总面积A AD D,与桥下过水面积,与桥下过水面积A AOMOM的比值;的比值;n桥墩水流侧向压缩系数,见表桥墩水流侧向压缩系数,见表14-114-1;机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算1.64-2简化公式nh hmcmc桥下河槽最大水深(桥下河槽最大水深(m m)nA Ad d单单宽宽流流量量集集中中系系数数,可可按按式式(14-1C14-1C)计计算算,山山前前变变迁迁、游游荡荡、宽宽滩滩河河段段当当A Ad d 1.81.8时时,A Ad d值值可可采采用用1.81.8;nB BZ Z造造床床流流量量下下的的河河槽槽宽宽度度(m m)
9、,对对复复式式河河床床可可取取平滩水位时河槽宽度,见图平滩水位时河槽宽度,见图14-114-1;nH HZ Z造造床床流流量量下下的的河河槽槽平平均均水水深深(m m),对对复复式式河河床床可取平滩水位时河槽平均水深,见图可取平滩水位时河槽平均水深,见图14-114-1。n其他符号意义同前其他符号意义同前机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材桥墩水流侧向压缩系数值表机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材桥墩水流侧向压缩系数值表注n注注:1.1.桥桥墩墩水水流流侧侧向向压压缩缩系系数数是是指指桥桥墩墩台台侧侧面面因因漩漩涡涡形形成成滞滞流流区区而而减减小小过过水水面面
10、积积的的折折减减系系数;数;n2.2.当单孔净跨径当单孔净跨径L LO O45m45m时,可按时,可按=1-=1-0.375V0.375VP P/L/L0 0计算计算,对不等跨的桥孔可采用各孔对不等跨的桥孔可采用各孔值的平均值。单孔净跨径值的平均值。单孔净跨径200m200m的桥梁,取的桥梁,取 1.0 1.0。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算 2.64-1修正公式机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算 2.64-1修正公式机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河
11、槽的一般冲刷计算 2.64-1修正公式n式式中中 :BBc c桥桥下下河河槽槽部部分分桥桥孔孔过过水水净净宽宽(m m),BBc c =B=Bo oB BD D(B(BD D为为河河槽槽中中桥桥墩墩总总宽宽),当当桥桥下下河河槽槽能能扩扩宽至全桥时,宽至全桥时,B Bc c=L=Lj j (L Lj j为全桥桥孔过水净宽);为全桥桥孔过水净宽);n 桥下冲刷前河槽的平均水深(桥下冲刷前河槽的平均水深(m m););n一一般般冲冲刷刷计计算算层层的的河河槽槽泥泥沙沙平平均均粒粒径径(mmmm),当当多多层土计算时,与层土计算时,与h hp p应为同层,否则重新计算;应为同层,否则重新计算;nE
12、E与汛期含沙量有关的系数,按表与汛期含沙量有关的系数,按表14-214-2查用;查用;n其他符号意义同前。其他符号意义同前。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河槽的一般冲刷计算 2.64-1修正公式 E值表机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(二).粘性土河槽一般冲刷公式n式中:式中:A Ad d单宽流量集中系数,单宽流量集中系数,A Ad d =1.0 =1.0 1.21.2;nI IL L冲冲刷刷坑坑范范围围内内粘粘性性土土液液性性指指数数,在在本本公公式式中中的的范范围围为为0.160.161.19;1.19;n其他符号意义同前。其他符号
13、意义同前。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(三).桥台偏斜冲刷公式n式中:式中:hphp桥台偏斜冲刷后的水深(桥台偏斜冲刷后的水深(m m););nP P冲冲刷刷系系数数,P=A/AP=A/Aj j,即即桥桥下下需需要要的的过过水水面面积积与与净净过水面积之比;过水面积之比;nh h冲冲刷刷前前桥桥台台处处水水深深(m m),通通常常左左右右桥桥台台各各以以前前缘水深计;缘水深计;n其他符号意义同前。其他符号意义同前。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材二、河滩一般冲刷(一).非粘性土河滩一般冲刷公式机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材二、河
14、滩一般冲刷(一).非粘性土河滩一般冲刷公式式中:式中:QtQt桥下河滩部分通过的设计流量,桥下河滩部分通过的设计流量,按式(按式(14-5a14-5a)计算;)计算;nh hmtmt桥下河滩最大水深(桥下河滩最大水深(m m););n 桥下河滩平均水深(桥下河滩平均水深(m m););nBBt t河滩部分桥孔净长(河滩部分桥孔净长(m m););nV VH1H1河河滩滩水水深深1m1m时时非非粘粘性性土土不不冲冲刷刷流流速速(m/s)(m/s),按表,按表14-314-3查用;查用;n其他符号意义同前。其他符号意义同前。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材(一).非粘性土河滩一
15、般冲刷公式水深水深1m1m时非粘性土不冲刷流速时非粘性土不冲刷流速VH1 表表14-3机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材二、河滩一般冲刷(二).粘性土河滩一般冲刷公式n式中符号意义同前。式中符号意义同前。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材第二节 桥墩局部冲刷n流向桥墩的水流受到桥墩阻挡,桥墩周围的水流向桥墩的水流受到桥墩阻挡,桥墩周围的水流结构发生急剧变化,水流的绕流使流线严重流结构发生急剧变化,水流的绕流使流线严重弯曲,床面附近形成螺旋形水流,剧烈淘刷桥弯曲,床面附近形成螺旋形水流,剧烈淘刷桥墩周围,特别是迎水面的河床泥沙,形成冲刷墩周围,特别是迎水面的河
16、床泥沙,形成冲刷坑的现象,称为坑的现象,称为局部冲刷局部冲刷。引起局部冲刷的水。引起局部冲刷的水流结构如图流结构如图14-214-2所示。所示。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材图14-2 桥墩局部冲刷示意图机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材图14-2 桥墩局部冲刷示意图机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材第二节 桥墩局部冲刷n根据模型试验和观测资料可知,根据模型试验和观测资料可知,桥墩局部冲刷深度与桥墩局部冲刷深度与涌向桥墩的流速涌向桥墩的流速V V有关有关。当流速。当流速V V逐渐增大到一定数值逐渐增大到一定数值时,桥墩迎水面两侧的泥沙开
17、始被冲走,产生冲刷,时,桥墩迎水面两侧的泥沙开始被冲走,产生冲刷,这时涌向桥墩的垂线平均流速称为墩前床沙的始冲流这时涌向桥墩的垂线平均流速称为墩前床沙的始冲流速速V V0 0。当。当V V继续增大时,冲刷坑逐渐加深和扩大,冲继续增大时,冲刷坑逐渐加深和扩大,冲刷坑深度刷坑深度h hb b与涌向桥墩的流速与涌向桥墩的流速V V近似呈直线关系。流速近似呈直线关系。流速V V增大到河床泥沙的起动流速增大到河床泥沙的起动流速V Vo o时,床面泥沙大量起动,时,床面泥沙大量起动,上游来的泥沙有些将滞留在冲刷坑内,因此,当上游来的泥沙有些将滞留在冲刷坑内,因此,当VVVV。时,冲刷坑的发展因有大量泥沙补
18、给而减缓,冲刷坑时,冲刷坑的发展因有大量泥沙补给而减缓,冲刷坑的深度的深度h hb b与流速呈曲线关系(图与流速呈曲线关系(图14-314-3)。)。n 机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材图14-3 hbV试验曲线机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材第二节 桥墩局部冲刷n与此同时,冲刷坑内发生了土壤粗化现象,留与此同时,冲刷坑内发生了土壤粗化现象,留下粗粒泥沙,覆盖在冲刷坑表面上,增大了抗下粗粒泥沙,覆盖在冲刷坑表面上,增大了抗冲能力和粗糙度,一直到水流对河床泥沙的冲冲能力和粗糙度,一直到水流对河床泥沙的冲刷作用与河床泥沙抗冲作用达到平衡时,冲刷刷作用与河床泥
19、沙抗冲作用达到平衡时,冲刷就停止了。这时冲刷坑外缘与坑底的最大高差,就停止了。这时冲刷坑外缘与坑底的最大高差,就是这一次水流最大局部冲刷深度。就是这一次水流最大局部冲刷深度。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材第二节 桥墩局部冲刷n影响局部冲刷的主要因素影响局部冲刷的主要因素有流速、墩形、墩宽、有流速、墩形、墩宽、水深和床沙粒径等。水深和床沙粒径等。局部冲刷深度局部冲刷深度h hb b通常是以通常是以一般冲刷一般冲刷h hp p完成后的标高起算,所表示的是桥完成后的标高起算,所表示的是桥墩垂线上的冲刷坑深度。现规范对桥墩局部冲墩垂线上的冲刷坑深度。现规范对桥墩局部冲刷计算有刷计
20、算有两类计算公式两类计算公式:一类是用于:一类是用于非粘土河非粘土河床床的的65-265-2修正式和修正式和65-165-1修正式修正式;另一类是;另一类是粘性粘性土河床土河床的桥墩局部冲刷公式的桥墩局部冲刷公式。n 机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷非粘性土河床的桥墩局部冲刷(一)、65-2式(147a)机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷非粘性土河床的桥墩局部冲刷(一)、65-2式机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷非粘性土河床的桥墩局部冲刷(一)、6
21、5-2式n式中式中 :h hb b桥墩局部冲刷深度(桥墩局部冲刷深度(m m););K K墩形系数,见表墩形系数,见表14-414-4;B B1 1桥桥墩墩计计算算宽宽度度(m m),同同见见表表14-414-4,表表中中 h h应为应为h hp p;h hp p一般冲刷后的最大水深(一般冲刷后的最大水深(m m););d d河床计算层泥沙的平均粒径河床计算层泥沙的平均粒径(mm)(mm);V V一一般般冲冲刷刷后后墩墩前前行行近近流流速速(m/s)(m/s),具具体体计计算算见后述内容;见后述内容;机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷非粘性土河床
22、的桥墩局部冲刷(一)、65-2式nV Vo o河床泥沙起动流速,按式(河床泥沙起动流速,按式(14-7C14-7C)计)计算算 ;V V0 0墩前泥沙始冲流速(墩前泥沙始冲流速(m/sm/s),按式),按式(14-7d14-7d)计算)计算 ;n n2 2指数,按式(指数,按式(14-7e14-7e)计算)计算 ;K K22河床颗粒影响系数,按式(河床颗粒影响系数,按式(14-7f14-7f)计)计算算 机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、粘性土河床的桥墩局部冲刷粘性土河床的桥墩局部冲刷(二)、651修正式(14-8a)机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一
23、、非粘性土河床的桥墩局部冲刷非粘性土河床的桥墩局部冲刷(二)、651修正式(14-8b)机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷非粘性土河床的桥墩局部冲刷(二)、651修正式14-8c14-8d14-8e14-8f机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材一、非粘性土河床的桥墩局部冲刷(二)、651修正式式中:Vo河床泥沙起动流速,按式(14-8c)计算;K1河床颗粒的影响系数,按式(14-8d)计算;Vo墩前泥沙始冲流速(m/s),按式(14-8e)计算;n1指数,按式(14-8f)计算;河床计算层泥沙的平均粒径(mm);其他符号意义同前。
24、机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材二.粘性土河床的桥墩局部冲刷n粘性土河床局部冲刷可参照下式计算:粘性土河床局部冲刷可参照下式计算:(14-9a)机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材二.粘性土河床的桥墩局部冲刷(14-9b)式中:IL冲刷坑范围内粘性土液性指数,在本公式中IL的范围为0.161.48;其他符号意义同前。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材三.特殊情况的冲刷计算n三三.特殊情况的冲刷计算特殊情况的冲刷计算n(一一)、桥桥下下河河床床由由多多层层成成分分不不同同的的土土质质组组成成,分层土河床的冲刷可采用分层土河床的冲刷可采用逐层渐
25、近计算法进行。逐层渐近计算法进行。n(二)、软岩冲刷可根据岩石类别按(二)、软岩冲刷可根据岩石类别按公路工公路工程水文勘测设计规范程水文勘测设计规范附录附录C的规定进行。的规定进行。机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材附:一般冲刷后墩前行进流速宜按下附:一般冲刷后墩前行进流速宜按下列公式计算:列公式计算:1当当采采用用式式(14-1)(64-2简简化化式式)计计算算一一般冲刷深度时:则有般冲刷深度时:则有14-1014-10公式如下公式如下机机械械工工业业出出版版社社高高职职规规划划教教材材附:一般冲刷后墩前行进流速宜按下附:一般冲刷后墩前行进流速宜按下列公式计算:列公式计算:
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- 工程地质 桥涵 水文 教学 作者 海洋 14
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