第六章桥下河床冲刷计算
第六章 桥下河床冲刷计算
3
4
h1
Qcp h p 1.04 A Q c
WUHEE
Bc 1 B 2
0.66
hmax
二、粘性土河床的桥下一般冲刷 平均粒径小于0.05mm的泥沙,称为粘性土。 土力学中反映粘土粘结力大小的指标为液性 指数IL和孔隙率e。 IL和e越小,粘土的粘结力越 大,抗冲能力越强,冲止流速也就越大。
Z jd Z s hp hb h c
WUHEE
第三节 小桥涵进出口沟床加固
小桥涵修建后造成水流集中,流速增加,为防止冲刷, 危及桥涵基础和路基安全,在小桥涵进出口均应作铺 砌加固。 从实际工程遭破坏的情况来看,小桥涵进出口加固不当 常是导致破坏的主要原因,并且出水口引起的问题又 较进水口多。 对于小桥,其孔径是根据河床铺砌类型的允许流速值决 定的,其进出口沟床要采用同类铺砌规格。小桥进出 口的铺砌范围以及深度等的计算可参照涵洞进出口的 计算方法进行。
1 23 Vs 0.23 h p I L
Qp h max L j h hp 1.3 1 0.23 I L
WUHEE
53 35
1.3
1 Vs 0.22 I e L
冲刷停止时桥下的垂线水深表示该垂线处 的一般冲刷深度。一般冲刷停止时桥下的垂线 平均流速,称为冲止流速。 《公路桥位勘测设计规范》(JTJ062-91): 64-1修正公式,64-2简化公式
WUHEE
1. 64-1修正公式 根据谢才公式,得桥下冲刷前最大单宽流量与平 均单宽流量的关系:
h qm q m ax h
n
三、粘性土河床的局部冲刷计算
桥涵水文-6桥梁墩台冲刷及基础埋置深度
第一节 桥下一般冲刷计算 (二)64-2简化式 (按输沙平衡建立的公式,适用于有推移质运动的沙质河槽)
此式按输沙平衡条件建立一般冲刷深度公式,故又称输沙平 衡公式。 设G1为上游天然河道的来沙量,G2为桥下河槽断面的排沙量 。显然,当G1 > G2时,桥下将出现淤积;当G1 < G2时,桥下 将发生冲刷;当G1 = G2时,桥下冲淤平衡,一般冲刷深度至此 达到最大值。 由试验得出:单宽推移质输沙率与流速的4次方成正比,即
三种冲刷交织在一起,同时进行。计算时假定 它们独立地相继进行,可分别计算,最后叠加。
第一节 桥下一般冲刷计算
二、一般冲刷计算
关于桥下断面一般冲刷深度计算,目前尚无成熟理论, 主要按经验公式计算。常用的经验公式有64-1公式与64-2公 式,以及包尔达可夫公式。其中64-1公式和64-2公式为1964 年全国桥渡冲刷计算学术会议推荐试用,1991年《公路桥位 勘测设计规范》(JTJ062-91)正式作为推荐公式。
⎞3m1 B2 ⎠⎟⎟ hmax
1984年-1990年,总结使用经验,根据理论论证和我国实 桥资料分析,建立简化公式:
( ) hP
⎛ = 1.04⎜
⎝
Ad
Q2 Qc
⎞0.90 ⎟ ⎠
⎡
⎢ ⎣⎢
μ
Bc
1− λ
⎤ 0.66
⎥ Bcg ⎦⎥
hcm
第二节 桥墩局部冲刷计算
桥墩局部冲刷计算 修建在河床内的桥墩,经受着桥位河段及桥下断面 的一般冲刷,同时,桥墩阻挡水流,水流在桥墩两侧绕 流,形成十分复杂的,以绕流涡旋体系为主的绕流结构, 引起桥墩周围急剧的泥沙运动,形成桥墩周围局部冲刷 坑。为便于分析计算,假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷 完成后的基础上进行的。
冲刷计算
4.3 冲刷与淤积分析计算建桥后,由于桥墩的束水作用,桥位处河床底部将发生下切冲刷。
根据工程地质勘探报告,该桥桥址处,河床冲刷层为亚粘土。
河床的冲刷计算按粘性土河床处理。
4.3.1一般冲刷计算采用《公路桥位勘测设计规范》中8.5.4-1式85135'233.0⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=L c mc c p I h h B Q A h μ(4-3式)式中, h p --桥下一般冲刷后的最大水深(m);Q 2--河槽部分通过的设计流量(m 3/s ); μ—桥墩水流侧向压缩系数,查《公路桥位勘测设计规范》中表8.5.3-1;h mc--桥下河槽最大水深(m ); c h --桥下河槽平均水深(m );A —单宽流量集中系数,5.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛=H B A ,B 、H 为平滩水位时河槽宽度和河槽平均水深。
A=1.0~1.2'c B --桥下河槽部分桥孔过水净宽(m ) ,当桥下河槽扩宽至全桥时'c B 即为全桥桥下过水净宽;I L --冲刷坑范围内粘性土液性指数,在本公式中I L 的范围为0.16~1.19。
根据工程地质勘探报告,牧野桥I L =0.67。
经计算得:现状河道条件下,该桥100年一遇设计洪水位为72.73m 时,一般冲刷完成后,主槽最大水深h p 为9.19m ,最大冲坑深3.58m 。
按规划整治后的河道条件下,该桥100年一遇设计洪水位为71.30m 时,一般冲刷完成后,主槽最大水深h p 为6.42m ,最大冲坑深1.26m 。
4.3.2 局部冲刷计算牧野路卫河桥设计墩宽b=2.40m ,桥墩的走向与水流方向一致,墩形计算宽度B 1=2.40m ,查《公路桥位勘测设计规范》附录16,K ξ =0.98。
一、现状河道条件下,该桥100年一遇设计洪水位为72.73m 时,一般冲刷完成后,主槽最大水深h p 为9.19m ,H p /B 1=3.83>2.5,根据《公路桥位勘测设计规范》采用该规范中的8.5.4-3式V I B K h L b 25.16.0183.0ξ= (4-4式)式中,h b --桥墩局部冲刷深度(m);K ξ--墩形系数;B 1--桥墩计算宽度(m ); hp--一般冲刷后最大水深 (m);d -- 河床泥沙平均粒径, d =0.0145(mm );V-- 一般冲刷后墩前行进流速(m/s)3261ph d E V = =1.43E —与汛期含沙量有关的系数,查《公路桥位勘测设计规范》中表8.5.3-2,E=0.66。
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
河床自然演变冲刷:河床在水力作用及泥沙运动等因素的 影响下,自然发育过程造成的冲刷 现象。调查统计分析确定。 桥下断面一般冲刷:建桥后压缩水流在桥下河床全断面发 生的冲刷现象。 墩台局部冲刷:水流因墩台阻挡,在墩台附近发生的冲刷 现象。
局部冲刷深度hb :局部冲刷达到冲淤平衡时冲刷坑的最 大深度。
Aq-冲刷前桥下计算毛过水面积,m 2; A1-冲刷前易冲刷部分的过水面积,m 2;
A 2-冲刷后不可冲刷部分,表层可冲土壤被冲去后的毛过水面积,m 2;
包氏公式没有考虑土质因素和计及单宽流量集中 情况,只适用于平原或山区的稳定性河段。
3 桥墩局部冲刷计算
C
3.1 桥墩冲刷机理
冲刷深度h
对均匀沙床面,当桥墩 动床冲刷深度 上游行近流速v增大到始冲 流速v0,时,桥墩迎面两侧的 A 泥沙开始冲走,产生冲刷。 v v0‘ v0 若增大值小于床沙起动流速 行近流速 v0 时,床面无泥沙运动,桥 墩冲刷坑没有上游泥沙补给, 在清水冲刷阶段,当流速趋于泥沙 则为清水冲刷。若行近流速 超过床沙起动流速v0 ,床面 起动流速时,冲刷趋于停止,在动床冲 流沙处于运动状态,上游泥 刷阶段,当冲刷坑内泥沙补给率和输出 沙落入冲刷坑内补给,则为 率平衡时,冲刷趋向停止,此称为平衡 冲刷。 动床冲刷。
4
g s1 11
4
1
Q1 B1 h 1
1-上游天然河道河槽流速,m / s;
B1-上游天然河道河槽河宽,m ;
h 1-上游天然河道河槽平均水深,m ;
故
Q 1 G1 1 Bh 1 1
B 1
4
64-2公式
桥下断面的排沙量
G2 g s 2 Q 2 4 B2 j= 2 2 B2 j= 2 B h 2j 2 Q 2 B B 2 2j 2j B2 j h 2
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
1940年,美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美 元,建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后,于 同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大, 但桥却发生了剧烈的扭曲振动,且振幅越来越大(接近9 米),直到桥面倾斜到45度左右,使吊杆逐根拉断导致桥 面钢梁折断而塌毁,坠落到峡谷之中。人们在调查这一事 故收集历史资料时,惊异地发现:从1818年到19世纪末, 由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。
局部冲刷坑的组成:
下部是河底向下反向旋涡淘刷形成的,边坡比较陡,坑的范围 也不大;
上部是当下部冲刷坑形成后,床沙下塌形成的,其边坡接近于 土壤水中的安息角α,其范围随着下部冲刷坑的下降而加大;
在墩后一对竖轴漩涡,使得墩后的泥沙发生淤积。
滞 流 区 C) ( 回 流 区 B) ( 主 流 区 A) (
平均水深。
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
(2)河滩及人工渠道部分
桥下河滩冲刷后,只有当流速降低到土壤容许不冲
刷流速时,才逐渐停止,其冲止流速为河滩土壤容许不
冲刷流速。桥下河滩部分的一般冲刷深度为:
5
hp
At
Q t ( hmt Bt ht
v H1
5
)3
6
B t — 桥下河滩部分桥孔过水净宽; v H 1 — 水深1m时非黏性土的不冲刷流速;
桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质的运 动来完成的。可以根据河槽断面推移质输沙量的 平衡条件,导出一般冲刷计算公式。
第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设
推移质输沙率:
单位时间内,在河槽单位宽度过水断面上通过的推移 质数量,称为推移质输沙率(kg/s.m)。
第六章_冲刷计算
称为一般冲刷。
随着一般冲刷的发
ZS
展,河床不断刷深,桥
下断面逐渐扩大,过水
断面面积不断增大。
随着桥下断面的扩大,流速相应降低,水流挟沙 能力也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时, 冲刷即趋于停止了。此时,桥下过水断面最大,一般 冲刷的深度也达到最大。
表示方法:
通常用一般冲刷 停止时桥下的垂线水
挟沙能力也随着降低。当断面扩大到使流速降到Qb2 ≈ Qb1 ,输沙平衡,桥下一般冲刷就停止了,此时,桥 下过水断面最大,水深也达到最大。
来沙: 单宽输沙率: 断面输沙率: 排沙:
qb1 1V14
Qb1
B1qb1
B11V14
B11
(
Q1 B1h1
)4
单宽输沙率:
qb2
V4
22
断面输沙率: Qb2
式中,VH1为河滩水深为1m时非粘性土容许不冲刷流 速,与河滩泥沙组成有关,可查表6-1。
5
hP
QtP
LtjVH
1
( hmt ht
)
5
3
6
(6 9)
式中,Ltj为桥下河滩部分桥孔净长; QtP为桥下河滩部分通过的设计流量;
QtP
Qt Qc Qt
QP
QtP
tCt
n
ht
QP
(iCi hi )
qs Aqmax
(6 3)
A称为单宽流量集中系数。
A 0.15 ( B )0.15
H
(6 4)
稳定河段:A=1.0~1.2;次稳定河段:A=1.3~1.4;不稳
定河段:A=1.5~1.7,最大不超过1.8。
冲止流速:
Vs
Ed h 1 6
桥梁冲刷计算
与汛 期含 沙量 有关 的系 数, 可按 表
7.3.12选 用 因此 可 得:
(Ad×
Q2/(μ×
hp=
Bcj)× (hcm/hcq
)5/3/(E×
d1/6))3/5
= 4.550 m
2 、河 滩部 分
hp=(Q1/( μ×Btj) × (htm/htq) 5/3/VH1)5/
6
Q1=Qt1/(Q c+Qt1)× Qp
一、 桥下 (一 )、 非粘 性土 河床 的一 般冲 刷
1 、河 槽部 分
1) 64-2 简化 式
hp=1.04 ×(Ad×
Q2=Qc/(Qc +Qt1)×Qp
Ad=((Bz)0 .5/Hz)0.15
式 频率为 中: p%的设
桥下 河槽 部分 通过 的设 计流 量
XXX大桥
(K1+432)
Qp= 1305.99 m3/s Q2= 713.39 m3/s
造床 流量 下的 河槽 宽度 对复 式河 床可 取平 滩水 位时 河槽 宽度
设计 水位 下, 在Bcg 宽度 范围 内, 桥墩 阻水
桥墩 水流 侧向 压缩 系 数, 应按 表 7.3.11确 定
河槽 最大 水深
Bz= 140 m
λ= 0.068966 μ= 0.94
hcm=
4
m
单宽 流量 集中 系 数, 山前 变迁 、游 荡、 宽滩 河段
= 4.129 m
2) 64-1 修正 式
hp=(Ad× Q2/(μ× Bcj)× (hcm/hcq )5/3/(E × d1/6))3/5
河槽部分 桥孔过水 式 净宽,当 中: 桥下河槽 能扩宽至 全桥时 即为全桥 桥孔过水 净宽
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算解析
z E d hP
Q cP hp 1 6 L j E d
3 5
hmax h
Q2-桥下河槽部分通过的设计流量,m / s,当桥下河槽能扩宽至全桥时取用Q p ; Q P -频率为P%的设计流量,m 3 / s; Qc -天然状态下河槽部分设计流量,m 3 / s; Qt1 -天然状态下桥下河滩部分设计流量,m 3 / s; Bcj-桥下河槽部分桥孔过水净宽,m,当桥下河槽扩宽至全桥时,取全桥桥孔过水净宽; hcm-河槽最大水深,m; hcq-桥下河槽平均水深,m;
Hydrology of Bridge & Culvert
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
PhD / Professor
Mingwu WANG
School of Civil Engineering Hefei University of Technology
Chapter 6 桥梁墩台冲刷计算
则由输沙平衡方程
Q 1 1 Bh 1 1
4
G1 G2
令
4
h 2 hP
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
(1 ) B 2
64-2公式
Q 1 1 Bh 1 1
Q2 B 2 (1 ) B2 hP
1 6
A Lj h
QcP AC hi
i q h L j n
则
L j i
5 3
n
h
5 3
QcP
i 5 3 qmax hmax n
hmax h
5 3
QcP hmax qmax q h L j
桥涵水文-6桥梁墩台冲刷及基础埋置深度
桥涵水文Hydrology of Bridge and Culvert桥梁墩台冲刷计算及基础埋深第六章(桥涵水力计算)第一节桥下一般冲刷计算第二节桥墩局部冲刷计算第三节桥台冲刷计算第四节基础埋深计算为了使设计洪水在桥下安全通过,不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度,而且桥梁墩台基础还必须有足够的埋置深度。
桥下冲刷直接影响着桥墩台的基础埋置深度,要保证桥梁安全,就必须将墩台基础放置在可靠的地基上。
进行冲刷计算的目的是要找最大冲刷深度,决定不被冲走的地基面的标高。
一、桥下冲刷的组成1.自然演变冲刷z定义:河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下,自然发育过程造成的冲刷现象,称为河床自然冲刷。
z常见自然演变冲刷现象:河床逐年下切、淤积、边滩下移、河湾发展变形及截弯取直、河段深泓线摆动及一个水文周期内,河床随水位、流量变化而发生的周期性变形,以及人类活动(如河道整治、兴修水利等)都会引起河床的显著变形,桥位设计时都应予考虑。
z计算方法:关于河床自然演变冲刷深度,目前尚无成熟的计算方法,一般多通过调查或利用桥位上、下游水文站历年实测断面资料统计分析确定。
对于各种河床的自然演变冲刷,在河流动力学和河道整治的有关书籍中,有一些计算方法可供参考。
但由于影响河床演变的因素很多,又极其错综复杂,难以得到可靠的计算结果。
目前在实际的工作中,主要是通过实地调查或参考类似河流的观测资料,结合河段的特点和整治规划,估计建桥后可能发生的河床变形,作为桥梁墩台的自然(演变)冲刷,进行设计。
具体做法,可以参阅《公路工程桥涵水文勘测设计规范》。
2.一般冲刷建桥后,由于桥孔压缩河床,桥下过水面积减小,从而引起桥下流速的增大,水流携沙能力也随之增大,造成整个桥下断面的河床冲刷。
这一冲刷过程,称为桥下断面的一般冲刷。
3.局部冲刷水流因受墩台阻挡,在墩台附近发生的冲刷现象叫局部冲刷。
在桥墩的前缘与两侧形成冲刷坑。
三种冲刷交织在一起,同时进行。
计算时假定它们独立地相继进行,可分别计算,最后叠加。
6-桥梁墩台冲刷计算讲解
n
n
宽浅式河渠:
R
A
bh
h
h
b 2h 1 2 h
b
v
1
21
h3i2
n
q
Av
(1
h)
1
21
h3i2
1
51
h3i 2
n
n
qmax
1 n
5
h3 max
i
1 2
5
qmax q
hmax h
3
5
qmax q
hmax h
3
又因为: q Qs
Lj
Ay Ly h Ly
Aj Lj h Lj
5
5
n
当V >V0,
hb K K1B10.6
V0 V0
V V0
V0 V0
K1——河床颗粒的影响系数,
K1 0.8
1
0.45
1 0.15
d d
式中:V0——河床泥沙起动流速(m/s)
V0
0.0246
hP d
0.14
332d 10 hP
0.72
d
V0′——墩前泥沙始冲流速(m/s),
4
h1
64-2简化式:hp
1.04
Ad
Q2 Qc
0.90
Bc
1
0.66
Bcg
hcm
2. 河滩部分
5
hP
Q1
Btj
htm htq
VH 1
5
3
6
三、粘性土河床的一般冲刷
粘性土: d 0.05mm
IL
W0 WP WL WP
W0 WP IP
第6章 桥梁墩台冲刷计算
④ hmax 值的确定: hc
通常按桥位上游附近枯水位或中低水位实测过水断面图求 得;也可利用设计水位时的实测桥位断面图求得。
hc
c
Lc
hmax Z S Zm
⑤ 当桥下河床由多层成分不同的土质组成,分层土 河床的冲刷可采用逐层渐进试算方法进行。
(1)d 1 d 2,先按 d 1 计算,若计算hP位于 d 1 层,即 为所求;若计算hP位于 d 2 层,改用 d 2计算,若结果位 于 d 2层,即为所求,若位于 d 1 层,取两层交界面为冲 刷线标高。
表示方法:
垂线
通常用一般冲刷停止
ZS
时桥下的垂线水深表示 该垂线处的一般冲刷深
hP Vs
度,以hP 表示。桥下一 般冲刷停止时的垂线平
均流速,称为冲止流速,以Vs表示,m/s。
非粘性土河床一般冲刷计算
1、64-1修正式(按冲止流速建立的公式)
建立的概念:
任一垂线,在一般冲刷的 过程中,当断面扩大使垂线的 平均流速降到该垂线的冲止流 速时,冲刷就停止了,一般冲 刷深度
桥梁墩台冲刷计算中 如何简化复杂的冲刷
过程?
第一节 桥下一般冲刷计算
建桥以后,桥孔压缩水流,桥下流速增 大,水流挟沙能力随之增大,引起整个桥下 断面河床的冲刷,称为一般冲刷。
随着一般冲刷的
ZS
发展,河床不断刷深,
桥下断面逐渐扩大,
过水断面面积不断增
大。
随着桥下断面的扩大,流速相应降低,水流挟沙能力也随 之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时,冲刷即趋于停止 了。此时,桥下过水断面最大,一般冲刷的深度也达到最大。
求刚建桥,冲刷前的最大单宽流量 qmax。先求平均 单宽流量:
一般冲刷计算
非黏性土河床的桥下一般冲刷
1.河槽部分 hmc= 5.72 hc= 3.42 ht= 2.3 Bc= 103.51 ω c= 2230 Cc= 50 ω t= 451.6 Ct= 25 Qp= 6150 A= 1 IL= 1 qimc= 129.2804 Qc= 5678.478 hp= 41.74811 2.河滩部分 hmt= 3 Bt= 140.6 Qt= 471.5219 qimt= 5.222025 hp= 桥下河槽部分最大水深(m) 桥下河槽部分平均水深(m) 桥下河滩部分平均水深(m) 桥下河槽部分桥孔过水净宽(m) 桥下河槽部分过水断面积(m2) 谢才流速系数 桥下河滩部分过水断面积(m2) 谢才流速系数 设计流量 单宽流量集中系数(1.0~1.2)
冲刷范围内黏性土的液性指数(0.16~1.19)
河槽冲刷停止时的最大单宽流量(m /s·m) 桥下河槽部分通过的设计流量(m3/s) 河槽部分桥下一般冲刷后的最大水深(m) 桥下河滩部分最大水深(m) 桥下河滩部分桥孔过水净宽(m) 桥下河滩部分通过的设计流量(m3/s)
3
河槽冲刷停止时的最大单宽流量(m3/s·m) 10.66579 河滩部分桥下一般冲刷后的最大水深(m)
第六章冲刷计算
建桥后,除了河床的自然演变外,还有桥梁墩台 对水流和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷,它们交 织在一起,同时进行,所以桥下冲刷过程十分复杂。
桥梁墩台周围河床的最大冲刷深度,是设计桥 梁墩台基础埋置深度的依据。
最大冲刷深度是各种因素综合作用的结果,十分 复杂。为了便于研究和计算,桥涵水文中把这一复杂 的冲刷过程简化为独立的三部分——自然冲刷、一般 冲刷、局部冲刷,并假定它们相继发生,可以分别计 算,然后叠加,作为墩台的最大冲刷深度,并据以确 定墩台基础的埋置深度。
⑤ 需要考虑单宽流量集中系数A。
hP
1.04(
A
Q2 Qc
)0.90
(1
Bc
)B2
0.66
hmax
(6 11)
适用条件:沙质(非粘性土)河槽。桥下全部为 河槽或桥下河槽部分。
应用说明: ① 当桥下断面全为河槽,Q2 = QP,B2=Bc。 ② 当桥孔压缩部分河滩,桥下河槽不会扩宽至全 桥,则:
(6 6)
QcP为桥下河槽部分通过的设计流量; Lcj为桥下河槽部分的桥孔净长。 应用说明:
① 当桥下断面全为河槽,Lcj = Lj = L- nd,QcP = QP。
② 当桥孔压缩部分河滩,桥下河槽不会扩宽至全
桥,则:
Lcj Lc nd
QcP
Qc Qc
Qt
QP
QcP
cCc
n
hc
QP
(iCi hi )
qs Aqmax
(6 3)
A称为单宽流量集中系数。
A 0.15 ( B )0.15
H
(6 4)
稳定河段:A=1.0~1.2;次稳定河段:A=1.3~1.4;不稳
定河段:A=1.5~1.7,最大不超过1.8。
桥梁设计之桥下河床冲刷过程预计算
桥梁设计之桥下河床冲刷过程预计算桥梁设计中,桥下河床冲刷是一个重要的考虑因素。
河床冲刷是指水流对河床表面的侵蚀和搬运作用,导致河床深度增加或者流速加剧,从而对桥梁结构的稳定性和安全性造成潜在威胁。
为了预计算桥下河床冲刷过程,需要考虑以下几个方面:1.水动力条件:水的流速是决定河床冲刷程度的关键因素之一、因此,需要测定或估算桥北河段的流速,并将其作为输入条件用于模拟计算。
2.河床形态:河床的形态特征对于决定河床冲刷的程度和机理有着重要影响。
河床形态包括河床横断面形状、纵向坡度、河床材料等。
需要进行对河床的调查测量,并将其作为模拟计算的输入条件。
3.底床材料:底床材料的物质性质,如粒径分布、比重等,对河床冲刷的程度和速率有着显著的影响。
需要对底床材料选择进行粒度分析和物理性质测试,并将其作为模拟计算的输入条件。
4.侵蚀机理分析:根据水动力条件、河床形态和底床材料特征,可以通过数学模型对河床冲刷机理进行分析和预测。
常用的数学模型包括稳态均衡模型、非稳态均衡模型、非稳态水沙模型等。
通过选择合适的模型,可以模拟桥下河床冲刷过程,预计算河床冲刷的程度和速率。
5.设计桥台和桥墩:根据预计算结果,需要合理设计桥台和桥墩的结构和布置。
桥梁设计中,通常会采用防冲刷措施,如设置防冲刷装置、铺设防冲砾石、加固岸坡等方式来减轻河床冲刷的影响。
根据预计算结果进行桥梁设计,可以提高桥梁的稳定性和安全性。
总之,预计算桥下河床冲刷过程需要综合考虑水动力条件、河床形态、底床材料和侵蚀机理等因素。
通过合理选择数学模型,预计算河床冲刷的程度和速率,并根据结果进行桥梁设计,可以提高桥梁的稳定性和安全性。
在实际工程中,需要结合具体情况综合考虑,确保桥梁的设计符合工程要求。
6 第六章 桥墩和桥台冲刷
第四节 桥台冲刷
在没有导流堤情况下,桥台突出于洪水中,河滩流 量较大时,则冲刷十分严重。
Байду номын сангаас
第四节 桥台冲刷
计算方法:1995年,根据原交通部“八五”科技攻 关课题成果,从研究桥台冲刷机理出发,应用大量 水工模型试验和现场观测数据及图像资料,通过数 值分析和处理,建立了桥台冲刷计算公式。
第一节 河床演变和河相关系
河床演变(自然冲刷): 在天然状况下或人类活 动的干扰后,河床形态 逐渐的变化。
河床演变是一个长期、 不间断的过程 ,水流和 人类活动与河床演变是 相互作用、相互制约、 不间断变化的过程。
第二节 桥下河床断面的一般冲刷
一般冲刷:建桥后,桥孔压缩水流,在桥孔稍下游 处,形成收缩断面。该断面处流速梯度很大,床面 切应力剧增,引起强烈的河床泥沙运动,床面发生 明显冲刷,称为一般冲刷或压缩冲刷。
第二节 桥下河床断面的一般冲刷
一般冲刷的计算方法:
输沙平衡原理建立公式;
对于某个过水断面或河段,一段时间内,上游来沙量小于该断面 或河段被冲走的泥沙量时,出现冲刷、下切;反之,出现淤积。
根据冲止流速建立的公式:砂性土的河槽及河滩、黏 性土的河槽及河滩;
在一般冲刷中,桥下断面内任意垂线平均流速降为冲止流速时, 冲刷停止。一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速。
第六章 桥墩和桥台冲刷
第一节 河床演变和河相关系
泥沙在河槽内运动的状态,分为悬移质和推移质两类。
在一定的水力条件下,颗粒较细的泥沙被水流中的紊 流漩涡带起,悬浮于水中向下游运动,为悬移质。
颗粒稍大的泥沙,在床面上间歇性地向下游移动,前 进的速度远小于水流的流速,为推移质。
第6章 桥下河床冲刷计算1
3 m /sm qm,q——桥下冲刷前 最大单宽流量 与 平均单宽流量;
hmax , h ——桥下冲刷前 最大水深 与 断面平均水深;
Qp——设计流量; Lj——桥孔净长度; μ ——侧收缩系数:μ =1—0.375Vs/lj Vs为通过设计流量Qp时,河槽的天然流速,
QCP 0.9 BC h p 1.04( A ) ( ) 0.66 hmax QC (1 )B2
(6-11)
QCP 0.9 BC h p 1.04( A ) ( ) 0.66 hmax QC (1 )B2
B 0.15 A( ) H
K=1.04,或按经验公式计算; λ ——设计水位下,河槽部分的桥墩阻水面积与桥下过水毛面积的 比值。
hp qs / Vs
将式qs,Vs代入求hp的公式 ,得64—1修正式:
hp [
AQCP
LC j E d
1/ 6
(
hcm hc
) 5 / 3 ]3 / 5
(6-6)
Lcj——桥下 河槽部分 桥孔过水净宽,当桥下河槽扩至全
桥时,为全桥桥孔过水净宽;
h cm,
hc——冲刷前桥下 河槽的最大水深和平均水深;
Q1 B1 h1
Q2
)
4
(1 ) B2 h2
]4
α :与多种因数有关的综合系数
令
Qb1 Qb 2
h2 hp
整理得:
2 1/4 Q2 B1 h p ( ) ( )[ ]3/4 h1 1 Q1 (1 ) B2
公式中各物理量的指数和系数需根据实测资料确定。 考虑推移质单宽输沙率沿河槽宽度的不均匀分布及河床的特征 ,引入了综合素数 K 和 单宽流量集中系数 A,得河槽部分一般冲刷 计算的64—2简化公式:
6_桥涵水文第六章桥墩和桥台冲刷(下)资料
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
一 按输沙平衡原理建立的公式
桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质移动实现 的,因而可根据桥下河流断面推移质输沙量的平 衡条件,导出一般冲刷计算公式。
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
原理: 桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速,称为不冲 刷流速,工程界常称之为冲止流速。按此概念假 定当桥下河槽断面内任一垂线的平均流速达到冲 止流速时,此垂线处冲刷停止,至此,一般冲刷 深度达到最大,此时的最大水深即为所求一般冲 刷深度。
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
v
v '0 v0
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2公式
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2公式
65-2公式 第四节 桥墩的局部冲刷
第四节 桥墩的局部冲刷
65-2修正公式
修正公式:
n
hb
KK B10.60h0.15d 0.068
v v '0 v0 v '0
hp
A
Q2
Bc'
hmc hc
3
0.33
1 IL
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
二按冲止流速建立的公式
3.粘性土河床的桥下断面一般冲刷 2)河滩部分
第三节 桥下河床断面的一般冲刷
Chapter06-桥梁墩台冲刷计算
B2 j (1 ) B2
2-桥下断面比例系数 ;
Q2-桥下断面河槽通过流 量,m 3 / s;
2-桥下断面河槽流速, m / s;
B2-桥下断面河槽宽度, m;
h 2 -桥下断面平均水深, m; -桥墩水流侧向压缩系 数; -设计水位下,桥墩阻 水总面积与桥下过水面 积的比值;
5 3
B H
-单宽流量集中系数;
H -平滩水位时的河槽平均水深; B-平滩水位时的河槽宽度;
非粘性土河床冲止流速
z E d hP
1 6
2 3
E-与含沙量 有关的系数, 9.81 N / m 3 , E 0.46; 9.81 98 .1N / m 3 , E 0.66; 98 .1N / m 3 , E 0.86; 查表 6- ~ 1 d -土壤平均粒径, mm ; h p-一般冲刷深度, m;
2.2 粘性土河床 《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30-2002 推荐公式
河槽
hcp
Q h cp m ax Lcj h 1 0.33 IL
5 3
5 3
6 7
5 8
则由输沙平衡方程
Q 1 1 Bh 1 1
4
G1 G2
令
4
h 2 hP
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
(1 ) B 2
Байду номын сангаас
64-2公式
Q 1 1 Bh 1 1
Q2 B 2 1 (1 ) B2 hP
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1.2水文站点分布情况 泉州地区水文站点分布如下,其中水文
站为5个、水位站4个、潮水位(含感潮 水位站)站2个、雨量站93个、蒸发站3 个、水温站1个。中小河流水文监测系统 新建水位站12个、新建水文站8个,新建 水位站已基本完工,年内将投入运行, 新建水文站正在办理建设用地手续,预 计年底将开工建设。水文站点分布情况 见附图:
) 闽防〔2013〕15号印发了关于《福建省洪水预警发布管理办 法(试行)》的通知 福建省洪水预警发布管理办法(试行) 第一条 为防御和减轻洪水灾害,规范洪水预警发布工作,依 据《水情预警发布管理办法(试行)》(国汛〔2013〕1号) ,结合本省实际,制定本办法。 第二条 在本省行政区域内发布洪水预警,应遵守本办法。 第三条 洪水预警是指水文机构向社会公众发布的洪水预警信 息,包括发布单位、发布时间、预警信号、预警内容。 第四条 洪水预警信号依据洪水量级及其发展态势,由低至高 分为四个等级,依次用蓝色、黄色、橙色、红色表示,即: 洪水蓝色预警、洪水黄色预警、洪水橙色预警、洪水红色预 警。
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如20000618洪水时,全市于10~12日三天
平均雨量达154mm,13和14日无雨,15 日、16日全市小到中雨,17和18日全市 暴雨到大暴雨,17日全市平均雨量 91.3mm,18日全市平均雨量160.7mm。 降雨持续时间长,土壤含水量较多,17 、18日又遇大暴雨,导致发生大洪水。
山洪 山洪灾害是指短时强降雨或水库山塘溃 决等汇聚成较大水流,导致溪沟水位暴 涨,产生洪水;洪水挟带大量沙石成为 泥石流或因强暴雨导致山体松动滑落, 形成山体滑坡。所以山洪中包含了突发 洪水、滑坡和泥石流,这是它区别于一 般洪水的地方。
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山洪灾害的主要特点: 1、季节长,频率高。山洪灾害主要集中 在汛期,尤其主汛期更是山洪灾害的多发期。 由于山洪多产生于小流域,即使覆盖范围小、 历时短的热雷雨或强对流天气也可能触发严重 山洪,因此在整个汛期都是山洪的威胁期。 2、区域性明显,易发性强。山洪主要发生 于山区、丘陵区及岗地,特别是位于暴雨中心 的上述地区,暴雨时极易形成具有冲击力的地 表径流,导致山洪暴发,形成山洪灾害。
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泉州地处东南沿海,属亚热带海洋性季风
气候区,陆海热力性质差异直接造成季风 进退及至季节更替,呈现出冬夏风向迥异 、气温悬殊、汛枯分明的气候特征。在季 节更替的过渡期,环流背景更活跃,大气 不稳定性加剧,易出现极端灾害性天气。 泉州市区域内河流多密度大,较大的河 流有晋江、闽江水系的大樟溪、尤溪的部 分支流和九龙江北溪等,沿海还有一些单 独入海的小溪流。流域面积在100平方公里 以上的支流有34条。这些河流坡降大,源 短流急,年内径流量变化很大,山洪频袭 。
3 洪水
泉州的洪水均源于暴雨,但由于暴雨必
须经下垫面的调蓄和集流才能产生洪水 ,故暴雨的大小并不能唯一决定洪水的 大小,从暴雨到洪水经历两次水量调蓄 和再分配。一次是在降水初期,被植物 拦截、土壤吸收和填洼产生部分损失; 另一次是通过坡地河网汇集和传播使过 程逐渐展开和滞后。因此洪水是暴雨时 空分布和流域下垫面状况综合影响的结 果。
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前言
暴雨、洪水和风暴潮是泉州最主要的 三大自然灾害,其分布面广且发生频繁 ,常造成生命财产的重大损失,危及社 会的安定与和谐。为了积极有效地防御 灾害的侵袭,认识这些灾害的发生规律 、过程特征以及地域分布,进而预知其 成灾响应,以便有针对性地采取应对措 施是十分必要的。
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1泉州自然地理环境及水文站 点分布情况
梅雨型洪水
1)主要出现季节:大多集中发生在5、6
月,因锋面雨(俗称“梅雨”)而引发。 2)过程特征:历时较长,洪量大,常出 现复峰,但洪峰流量一般不是很大,主要 河流也可能出现超警戒水位的洪水, 2000 年 “6.18”洪水为晋江自1961年以来的最 大洪水,是受北方冷空气南下与南方暖湿 气流遭遇影响引发的暴雨洪水。
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如泉州大桥站2008年7月8日,1小时暴雨
量达132.5mm,3小时暴雨量190.5mm但 其周边雨量并不大。一都中坂站2006年6 月18日,1小时暴雨量63.5mm,3小时暴 雨量达112.7mm,达实测历史第一位,但 同时期周边雨量较小。
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2.2 暴雨的主要灾情效应
1)引发洪水:强暴雨常引发小范围的山
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2)洪水的特征 洪水的起涨水位,水位变幅; 洪峰水位(或流量)及出现时间,涨洪历时; 洪水位与特征水位的比较如:超警戒、超保证 水位的米数; 洪水总量; 与历史调查或实测最大洪水的比较和排位。 重现期,如20年一遇、100年一遇等。
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4 风暴潮
泉州濒临东南沿海,是台风暴潮的多发
洪泥石流,诱发滑坡,大范围的暴雨常 引发下游的洪水。 2)造成内涝: 如造成城市内涝和农田渍 涝。 3)直接破坏生产生活设施:如电汛中断, 房屋倒塌等。
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2.3 暴雨信息的表述
1)暴雨等级划分:
暴雨
12小时降雨量 30~69.9 24小时降雨量 50~99.9
大暴雨
70~139.9
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2 暴雨
暴雨是泉州最频繁出现的灾害之一, 暴雨的发生受大气环流和天气系统的制 约,同时暴雨量的大小还与地形有关, 所以通常呈现出一定的季节变化和地域 分布规律,而不同季节发生的暴雨也因 成因的不同而相应呈现出不同的过程特 征。
WU州的暴雨类型主要有:极锋性暴雨、台风暴 雨和热雷雨。 2.1.1极锋性暴雨 1)主要出现季节:多发生于5、6月,由低涡 、切变线或冷锋影响而发生。 2)地域分布规律:范围大、空间分布相对均 匀,暴雨中心多出现在山区一线为主。 3)过程特征:历时一般较长,有时因静止锋 滞留,可持续一周或一旬甚至更长时间,暴雨 量大,但强度通常不是很大。
最大影响可上溯至金鸡桥闸下, 晋江下游金鸡桥闸以下干流河段 为感潮河段,晋江上游的洪水也 因受到潮汐特别是风暴大潮的顶 托影响而减缓消退,延长洪水历 时。
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4.2 风暴潮信息的表述
风暴潮信息一般与潮位结合,如:
当天最高潮位、出现时间、相应增水; 过程最高潮位、最大增水; 与特征水位的比较如:超警戒潮位的米
区。由于台风近中心气压低、风力大, 招致海面异常升高而出现风暴潮。风暴 潮通常随着台风的移行而被胁迫跟随前 进,但距离较远的风暴潮则以自由波的 形式传播到海岸。由于近岸大陆架水深 较浅,致潮波变形振幅增大而壅高形成 灾害。
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4.1 台风暴潮的主要特征
风暴潮多发生于夏秋季,即7~10月,一
特大暴 雨
≥140
100~249.9 ≥250
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2)常用的暴雨量时段: 短历时,以小时为单位,如1小时、3小
WUHEE
时、6小时、12小时、24小时等; 较长历时,以天为单位,如1天、3天、7 天等。 3)暴雨稀遇程度: 与实测值比较排位,如实测最大、次大 、第3大等; 重现期,如5年一遇、10年一遇、20年一 遇、50年一遇等。
泉州位于我省的东南沿海,地势高差 大,流域地势自西北向东南倾斜。上游 主峰雪山海拔 1366m ,上、中游地面高 程 400 ~ 800m 。地形复杂破碎,多深切 河谷。地貌类型以山地、丘陵为主 ,沿 晋江分布许多串珠状的河谷平原和盆地 ,如安溪的湖头、官桥盆地,永春的蓬 壶、城关盆地。晋江干流至河口沉积、 冲积地带,是福建省四大平原之一的泉 州平原。
WUHEE
3、来势迅猛,成灾快。山丘区因山高坡 陡,溪河密集,降雨迅速转化为径流,且 汇流快、流速大,降雨后几小时即成灾受 损,防不胜防。 4、破坏性强,危害严重。山洪灾害发生 时往往伴生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾 害,并造成河流改道、公路中断、耕地冲 淹、房屋倒塌、人畜伤亡等,因此危害性 、破坏性很大。
泉州市暴雨、洪水和风暴潮灾 害特性及洪水预警信号
福建省泉州水文水资源勘测分局
WUHEE
泉州市暴雨、洪水和风暴潮灾害 特性及洪水预警信号
前言 1 泉州自然地理环境及水文站点分布情况 2 暴雨 3 洪水 4 风暴潮 5 暴雨、洪水和风暴潮的危害 6、福建省洪水预警信号 7 结语
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3.2 洪水信息的表述
1)洪水的等级 与雨量等级划分不同,洪水的等级采用重现期 大小划分: 一般洪水:水文要素重现期小于5年的洪水。 较大洪水:水文要素重现期为5~20年的洪水。 大洪水:水文要素重现期为20~50年的洪水。 特大洪水:水文要素重现期大于50年(含50年) 的洪水。
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3.1.2
台风型洪水 1)主要出现季节:大多集中发生在7、8 、9月,由台风影响所致。 2)过程特征:支流多为单峰型,暴涨陡 落,峰高量大,由于台风的移动性,晋江 干流经常出现复峰,洪量大、洪峰也大, 若再遇天文大潮的顶托,常出现大的洪水 ,造成严重灾害。
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3.1.3
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3.1 泉州洪水的基本特征
泉州洪水的发生期与暴雨相适应,由于
流域小、河源短、坡降大,洪水通常呈 暴涨陡落,汇流时间短,主要河流的滞 洪历时仅5~10小时,但不同的季节洪水 特征也略有差异。根据不同特征洪水类 型可大体分为:梅雨型洪水、台风型洪 水和小流域山洪。
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3.1.1
WUHEE
解放后晋江流域发生的5次较大洪水,有
4次即1956年“9.19”洪水、1958年 ”7.18”洪水、1960年“6.10”洪水、1961 年“9.13”洪水都是受台风影响带来的暴 雨形成的大洪水,再遭遇风暴潮,引发 暴雨、洪水、风暴潮数灾并发,造成大 范围严重的灾害。