长江上游丁坝冲刷机理与维护措施分析

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1、2第一章绪论1．1．2丁坝的概念丁坝是航道整治中最常见的整治建筑物之一。丁坝的坝根与河岸相连接，坝头伸向河中心，坝轴线与水流方向呈现正交或斜交状态，在平面上与河岸构成丁字形。丁坝是横向阻水的整治建筑物口1。丁坝的长度是不同的，短丁坝又称为垛。在工程实践中，一般以丁坝为主，垛为辅，在坝、垛之间有时还会修有护岸。丁坝坝身较长，伸入河中，挑流能力强，保护岸线长，用以调整水深和挑托水流。垛身较短，用以迎托水流，消减水势，防止水流直接冲刷堤岸。丁坝在航道整治工程中，一般属于枯水期航道整治建筑物，丁坝被用来束窄河槽，防止航道变向，增加航深，这样有利于船舶在一年四季都能航行。直线型丁坝和勾头丁坝在航道整治中

2、应用广泛。1．1．3丁坝水毁形态类型丁坝水毁形态主要表现为以下几个方面n1：①丁坝的坝头、坝根等部位的基础受到冲刷，使丁坝的局部或整体遭到破坏。②丁坝受到冲击作用，坝体逐层剥落，先局部破坏，最终整体破坏；@山区航道水位随时问变化明显，丁坝时常会处于极为恶劣的自然环境下，时而淹没在水中，时而暴露在空气中，风化现象较为严重；④丁坝作为一种抛石材料建筑物，在水流和漂浮物的冲击下，抛石块体常以滑动和滚动的形式脱离坝体，被水流带到下游河滩堆积；@对于山区河流丁坝，与固体颗粒常年相互摩损，尤其是处于卵石输移带上的丁坝，与卵石相互作用，丁坝逐渐破坏，最终导致水毁。在所有的丁坝水毁形态中，第一种尤为常见，几乎

3、占了所有水毁丁坝的八成。而丁坝的坝头位置、坝根位置与河岸坡相连接的位置是丁坝破坏较严重的部位，图1．1、图1．2分别为长江上游神背嘴1#丁坝坝头损毁和小米滩下丁坝坝根水毁图片。图1．1神背嘴1≠≠丁坝坝头被破坏Fig．1．1ShenBeiZui1≠≠spurdikeheadisdamaged图1．2小米滩下丁坝坝根被破坏Fig．1．2XiaoMibeachspurdikerootisdalllaged1．1．4丁坝水力特性研究①丁坝水力学研究的问题丁坝在航道整治工程中应用广泛，丁坝水力学特性对于丁坝的稳定性很重要，与之相关联的河床演变问题的研究具有十分重要的工程意义。但是在实际工程中，影响因素

4、千差万别，要想对丁坝的理论研究有更大的进展，有一定的难度。而丁坝水力学的出现，奠定了一定的基础。在丁坝水力学中主要研究的问题包括丁坝过流水面线分布、回流区范围、丁坝附近流场和紊动场、丁坝冲刷机理、丁坝坝体及周围的压力场等。4第一章绪论②丁坝水力学的研究方法丁坝水力学的研究在长期的发展过程中有了很大的进展，但同时也受到了一些客观因素的限制。随着科学技术的发展，丁坝水力学的研究方法越来越完善。现阶段模型试验和数学模型是最常用的两种方法。目前，国内外研究者大多将模型试验和数学模型相结合，开展航道整治工程水力学问题研究，达到边界条件互补、结果相互印证、更好地为工程服务的目的”“。。1．2国内外概况1．

5、2．1丁坝水流结构的研究进展近些年来，丁坝水流研究取得很大的进展，观察到了坝后回流区的长度和宽度的变化规律，探讨了丁坝水流流动结构，丁坝水流的局部水流水头损失，丁坝河床演变规律以及丁坝绕流的数值模拟等‘’州。丁坝水流结构的研究内容主要有丁坝上游来水壅起高度、回流区域长度、丁坝水流动水压力特征、丁坝水流流态、丁坝水流水头损失等，综合来说就是丁坝水流流场和自由水面两个方面⋯’”1。水流流过丁坝时，由于丁坝的阻挡水流和挑流作用，水流被分成两部分，束窄的主流区(图1．3，A区)和丁坝的上游回流区和下游回流区两个(图1．3，B、C区1。髫——t<多(毳，图1．3丁坝的水流结构图Fig．1．3Pictur

6、eofthenowchartaroundspurdike第一章绪论图1．4单坝回流区图Fig．1．4PictureofrefluxaI℃aofsingled锄由于丁坝的阻水作用，坝后形成一个回流区，在主流区与回流区的临界面上，产生了速度梯度，相应地也就产生了切力，从而拉动静水向下游流动，根据流体的连续性，靠近岸边的静水补充空隙，这样就形成丁坝坝后回流区。水流中的泥沙能够在坝后回流区域沉积下来。可见，丁坝之所以对河岸具有保护作用是因为水流在坝后回流区的减速和泥沙的淤积n“。根据丁坝坝轴方向与水流方向的夹角a不同，可将丁坝分为上挑丁坝(a>90勺、正挑丁坝(a=900)和下挑丁坝(a<900)。夹

7、角a值，对丁坝水流的结构、丁坝坝后回流区的大小和坝后淤沙效果均产生不同影响，参见表1．1和图1．5。表1．1丁坝的效果对比表1Iab．1．1Spurdikee侬斌comparisontabIea<90。(下挑丁坝)a>90。(上挑丁坝)水流漫过丁坝后，沿与坝轴线呈垂直方沿与坝轴线呈垂直的方向流向河中向流向河岸，使坝根和河岸受到冲刷，心，沿丁坝背水坡形成平轴环流，漫水_】^坝环流的底流流向坝根和河岸