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1、學校代碼：密級：公開碩士學位論文跌坎沖刷的一維數(shù)值計算的研究作者姓名劉茜學科專業(yè)防災減災工程及防護工程指導教師齊梅蘭教授培養(yǎng)院系土木建筑工程學院二零一五年四月辦交遂乂碩士學位論文跌坎沖刷的維數(shù)值計算的研作者：劉與導師：齊梅蘭教授北京交通大學年月學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解北京交通大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定。特授權(quán)北京夂通大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入存關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，提供閱覽服務，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向?qū)矣嘘P(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤。學
2、?？梢詾榇嬖陴^際合作關(guān)系的兄弟高校用戶提供文獻傳遞服務和交換服務。保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學位論文作者簽名：汙師簽名：簽字日期：及《年眾月簽字期：義夕年月§‘校代密級：公什北京交通大學碩士學位論文跌坎沖刷的維數(shù)值計算的研究作者姓名：劉茜學號：導師姓名齊梅六職稱教授學位類別：工學學位級別：碩士學科專業(yè)防災減災工程及防護：：程研究方向：橋渡沖刷及防護北京交通大學年月致謝歲月如歌，光陰似箭，兩年半的研宄生生活即將結(jié)束?；厥變赡臧氲膶W習、科研經(jīng)歷，深感科研工作中創(chuàng)新的不易、堅持的可貴以及交流的重要。經(jīng)歷了找工作的喧囂
3、與坎坷，我深深體會到了寫作論文時的那份寧靜與思考。對那些引導我、幫助我、激勵我的人，我心中充滿了感激。本論文的工作是在導師齊梅蘭教授的悉心指導下完成的，齊梅蘭教授嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度和精益求精的工作理念時刻影響著我。從論文的選題、程序的編寫和調(diào)試、計算結(jié)果的分析、直至論文的撰寫，都傾注了導師無數(shù)的心血。在我碩士學習期間，齊老師始終密切關(guān)注著我的學習、生活，啟發(fā)我，鼓勵我，幫助我。老師淵博的知識、敏銳的洞察力、深邃的科學思維、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以及高尚的品格，將趦我一生的楷模，也必將成為我后奮斗之日標。在此論文完成之際，衷心感謝齊梅蘭
4、老師三年來對我的關(guān)心和指導。感謝國際泥沙研究培訓中心的王延貴教授，對我的科研工作和論文都提出了許多寶貴意見，在此表示衷心的感謝。感謝郭輝師兄、李金釗師兄、鄶艷榮同學在科研和生活中提供的幫助，還要感謝課題組的其他兄弟姐妹們，與他們在科研、生活中的相互交流讓我受益良多，彼此之間也建立了深厚的友誼。感謝碩士班的同學們，是大家的支持、鼓勵和幫助，讓我在科研之余多了一份歡樂。需要特別感謝我的父母，感謝你們生活上無微不至的關(guān)懷和照顧、在學習上不斷的鼓舞和支持，你們對我無私的愛是我不斷前進的動力。感謝我的男朋友，在科研道路上的陪伴和支持
5、。最后，特別感謝在百忙之中評閱本文并出席答辯會的各位老師！摘要摘要我國很多橋梁附近的河段存在過度采砂現(xiàn)象，直接或間接導致橋梁垮塌的事故屢見不鮮，嚴重影響橋梁的安全和正常運營。因此，將采砂坑上游邊坡概化為跌坎，研宄跌坎的溯源沖刷的發(fā)展變化過程，及釆砂坑對橋梁的安全所帶來的影響，對大橋防護和河道治理非常有必要。本文首先建立了跌坎沖刷的一維數(shù)值模型，并進行了驗證。模型采用格式的有限體積法來離散淺水方程，采用后差分格式的有限差分法來離散河床變形方程；通過對靜水、跌水和跌坎沖刷三個算例的計算，驗證了該模型具有較好的和諧性、適用性及計
6、算精度。研宄跌坎沖刷的影響因素，并分析各因素對跌坎沖刷的變化過程的影響。研宄發(fā)現(xiàn)，跌坎沖刷的過程與流量和跌水高差密切相關(guān)，與跌坎坡度關(guān)系不大；沖刷深度在初期迅速增長，后期增長緩慢，輸沙率也在沖刷初期達到最大值，隨后減小并趨于穩(wěn)定；溯源長度的增長主要發(fā)生在沖刷初期，且與流量、跌坎高差呈正相關(guān)。在天然尺度下研宄跌坎沖刷平衡特征值的變化，主要考慮流量、相對跌水高差和相對砂坑深度三個因素。研究發(fā)現(xiàn)，溯源長度隨著流量、相對跌水高差和相對砂坑深度的增加而變大；相對最大沖深與流量關(guān)系不大，與相對跌水高差成正比，而與相對砂坑深度成反比；平
7、衡比降隨流量的增大而減小，隨相對跌水高差和相對砂坑深度的增大而增大。因此，橋梁下游禁止采砂的控制范圍不僅要考慮橋梁的大小，也要考慮河流流量大小，同時要對釆砂坑的尺寸和位置進行控制。在跌坎沖刷一維數(shù)值模型中加入動邊界處理模塊，模擬干河床行洪和跌坎沖刷過程，研究洪水特性對季節(jié)性河流上釆砂坑沖刷的影響。研究結(jié)果表明，距離變坡點越遠，沖刷深度和輸沙率越小，幵始沖刷和達到最大輸沙率的時刻越晚，且沖刷主要發(fā)生在漲水段；洪峰流量越大，最大沖刷深度和輸沙率越大，溯源沖刷的長度越長；隨著峰型系數(shù)的增大，沖刷發(fā)展的速度加快，但最終沖刷深度減小
8、，最大輸沙率增加，而溯源長度減小。關(guān)鍵詞：采砂坑；跌坎；沖刷；數(shù)值模擬；溯源長度；洪水過程ABSTRACTABSTRACTThereexistmanyexcessivesandexcavationsituationsinthereachesnearthebridgesinChina,whichresul
