跌坎沖刷的一維數(shù)值計(jì)算的研究

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1、學(xué)校代碼：密級(jí)：公開碩士學(xué)位論文跌坎沖刷的一維數(shù)值計(jì)算的研究作者姓名劉茜學(xué)科專業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程指導(dǎo)教師齊梅蘭教授培養(yǎng)院系土木建筑工程學(xué)院二零一五年四月辦交遂乂碩士學(xué)位論文跌坎沖刷的維數(shù)值計(jì)算的研作者：劉與導(dǎo)師：齊梅蘭教授北京交通大學(xué)年月學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)北京夂通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入存關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，提供閱覽服務(wù)，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向?qū)矣嘘P(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。學(xué)

2、校可以為存在館際合作關(guān)系的兄弟高校用戶提供文獻(xiàn)傳遞服務(wù)和交換服務(wù)。保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)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(jí)：公什北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文跌坎沖刷的維數(shù)值計(jì)算的研究作者姓名：劉茜學(xué)號(hào)：導(dǎo)師姓名齊梅六職稱教授學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科專業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)：：程研究方向：橋渡沖刷及防護(hù)北京交通大學(xué)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。回首兩年半的學(xué)習(xí)、科研經(jīng)歷，深感科研工作中創(chuàng)新的不易、堅(jiān)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(huì)到了寫作論文時(shí)的那份寧?kù)o與思考。對(duì)那些引導(dǎo)我、幫助我、激勵(lì)我的人，我心中充滿了感激。本論文的工作是在導(dǎo)師齊梅蘭教授的悉心指導(dǎo)下完成的，齊梅蘭教授嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度和精益求精的工作理念時(shí)刻影響著我。從論文的選題、程序的編寫和調(diào)試、計(jì)算結(jié)果的分析、直至論文的撰寫，都傾注了導(dǎo)師無(wú)數(shù)的心血。在我碩士學(xué)習(xí)期間，齊老師始終密切關(guān)注著我的學(xué)習(xí)、生活，啟發(fā)我，鼓勵(lì)我，幫助我。老師淵博的知識(shí)、敏銳的洞察力、深邃的科學(xué)思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)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(biāo)。在此論文完成之際，衷心感謝齊梅蘭

4、老師三年來(lái)對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。感謝國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心的王延貴教授，對(duì)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(xué)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?cè)诳蒲?、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(xué)們，是大家的支持、鼓勵(lì)和幫助，讓我在科研之余多了一份歡樂(lè)。需要特別感謝我的父母，感謝你們生活上無(wú)微不至的關(guān)懷和照顧、在學(xué)習(xí)上不斷的鼓舞和支持，你們對(duì)我無(wú)私的愛是我不斷前進(jìn)的動(dòng)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(píng)閱本文并出席答辯會(huì)的各位老師！摘要摘要我國(guó)很多橋梁附近的河段存在過(guò)度采砂現(xiàn)象，直接或間接導(dǎo)致橋梁垮塌的事故屢見不鮮，嚴(yán)重影響橋梁的安全和正常運(yùn)營(yíng)。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(guò)程，及釆砂坑對(duì)橋梁的安全所帶來(lái)的影響，對(duì)大橋防護(hù)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(jìn)行了驗(yàn)證。模型采用格式的有限體積法來(lái)離散淺水方程，采用后差分格式的有限差分法來(lái)離散河床變形方程；通過(guò)對(duì)靜水、跌水和跌坎沖刷三個(gè)算例的計(jì)算，驗(yàn)證了該模型具有較好的和諧性、適用性及計(jì)

6、算精度。研宄跌坎沖刷的影響因素，并分析各因素對(duì)跌坎沖刷的變化過(guò)程的影響。研宄發(fā)現(xiàn)，跌坎沖刷的過(guò)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(zhǎng)，后期增長(zhǎng)緩慢，輸沙率也在沖刷初期達(dá)到最大值，隨后減小并趨于穩(wěn)定；溯源長(zhǎng)度的增長(zhǎng)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(duì)跌水高差和相對(duì)砂坑深度三個(gè)因素。研究發(fā)現(xiàn)，溯源長(zhǎng)度隨著流量、相對(duì)跌水高差和相對(duì)砂坑深度的增加而變大；相對(duì)最大沖深與流量關(guān)系不大，與相對(duì)跌水高差成正比，而與相對(duì)砂坑深度成反比；平

7、衡比降隨流量的增大而減小，隨相對(duì)跌水高差和相對(duì)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(shí)要對(duì)釆砂坑的尺寸和位置進(jìn)行控制。在跌坎沖刷一維數(shù)值模型中加入動(dòng)邊界處理模塊，模擬干河床行洪和跌坎沖刷過(guò)程，研究洪水特性對(duì)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(diǎn)越遠(yuǎn)，沖刷深度和輸沙率越小，幵始沖刷和達(dá)到最大輸沙率的時(shí)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(zhǎng)度越長(zhǎng)；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(zhǎng)度減小。關(guān)鍵詞：采砂坑；跌坎；沖刷；數(shù)值模擬；溯源長(zhǎng)度；洪水過(guò)程ABSTRACTABSTRACTThereexistmanyexcessivesandexcavationsituationsinthereachesnearthebridgesinChina,whichresul