哈工大桥涵水文第七章2(局部冲刷)

hb = K
当V ＞V 0 时，
ξ
K
η 2
B
Hale Waihona Puke Baidu
0 . 60 1
h
0 . 15
V − V 0' V0
'

hb = K
ξ
K
η 2
B
0 . 60 1
h
0 . 15
V − V0 V0

n
第六章
桥墩和桥台冲刷
式中： 式中： 桥墩局部冲刷深度（ 为冲刷坑的最大深度； Hb—桥墩局部冲刷深度（m）,为冲刷坑的最大深度； 桥墩局部冲刷深度
0 ≺ 2 . 5 时， h b = 0 . 55 K ξ B 10 . 6 h p . 1 I L v
铁道部粘土桥渡冲刷研究小组的《粘土桥渡冲刷天然资料分析报告》 铁道部粘土桥渡冲刷研究小组的《粘土桥渡冲刷天然资料分析报告》中推荐 的公式供参照使用： 的公式供参照使用：
h h
b b
= K = K
ξ ξ
1.5 2.0
特殊大桥
三、例题： 例题：
5 8
第六章
桥墩和桥台冲刷
桥下河槽最低冲刷线 一、计算公式： 计算公式： 桥梁墩台处桥下河床自然演变等因素冲刷深度Δh Δh， 桥梁墩台处桥下河床自然演变等因素冲刷深度Δh，一般冲刷深 及局部冲刷深度h 三者全部完成后的最大水深线， 度hp及局部冲刷深度hb三者全部完成后的最大水深线，称为桥下 河糟最低冲刷线。 河糟最低冲刷线。 桥墩的最低冲刷高程为： 桥墩的最低冲刷高程为：
第六章
桥墩和桥台冲刷
三、粘性土河床桥墩局部冲刷公式： 粘性土河床桥墩局部冲刷公式：
对于粘性土河床， 公路桥位勘测设计规范》(JTJO62-91)推荐参照下式计算： 对于粘性土河床，《公路桥位勘测设计规范》(JTJO62-91)推荐参照下式计算： 推荐参照下式计算
hp B1 hp B1
1 ≥ 2 . 5 时， h b = 0 . 83 K ξ B 10 . 6 I L . 25 v
K ξ − 墩型系数，见附录 14 B1 − 桥墩计算宽度（ m），见附录 v0 − 河床泥沙起动流速（ m / s）， v0 = 0.28(d + 0.7 )
0. 5 0.55 ' v0 − 墩前泥沙起冲流速（ m / s）， v0 ' = 0.12(d + 0.5)
v − 冲向桥墩的流速（垂线 平均流速， m / s），通常采用一般冲刷 停止时 的冲止流速 VZ，但不同的一般冲刷计 算公式，冲止流速的计 算也不相同， 应该结合实际情况分析 确定； d − 泥沙平均粒径（ mm ） ; 1 n − 指数， n = 0.23+ 0.19 tgd v v 0
α
C
A
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桥墩和桥台冲刷
2、粘性土河床： 粘性土河床：
根据： q max = h p v Z
3 1 5 由于： v Z = 0.33 h P I L 桥台附近最大单宽流量 q max 可以由桥台附近流速分 布图导出
因此： 3 + 1.05e1.97 λ Cα C A h s = qI L 1− λ
第六章
桥墩和桥台冲刷
K η 2 − 系数，
Kη2
0 . 0023 = d 2 .2
+ 0 . 375 d
0 . 24
第六章
桥墩和桥台冲刷
续前： 续前
第六章
桥墩和桥台冲刷
65- 修正公式： 65-2修正公式：
h b = KK
ξ
B
0 . 60 1
h
0 . 15
d
− 0 . 068
V − V0 V −V ' 0 0
'

n
第六章
桥墩和桥台冲刷
3、包尔达可夫公式： 包尔达可夫公式： v p − 1 h p hb = v max
式中： v p − 桥下设计流速（ n − 墩台形状指数，见表 m / s ），一般取 13 − 3。 v p = vz; 1； v max − 岩土容许不冲刷流速（ m / s ）见附录
第六章
桥墩和桥台冲刷
§6-4
桥墩局部冲刷
流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化， 流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流 的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡， 的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的 泥沙，形成局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低， 泥沙，形成局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低， 水流挟沙能力随之减弱， 水流挟沙能力随之减弱，上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡 同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化，坑底粗糙程度增大，抗冲能力增强， 同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化，坑底粗糙程度增大，抗冲能力增强，使水 流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋于平衡，冲刷随之停止， 流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋于平衡，冲刷随之停止，局部冲刷坑达 到最深。 到最深。 冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度h 冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度hb。 一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度， 一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度，而局部冲刷则是从一 般冲刷线至冲刷坑底的最大深度。 般冲刷线至冲刷坑底的最大深度。 根据模型试验资料可知：桥墩局部冲刷深度h 与冲向桥墩的水流流速V 根据模型试验资料可知：桥墩局部冲刷深度hb 与冲向桥墩的水流流速V （以 垂线平均流速表示）有关。 垂线平均流速表示）有关。 当流速增大到一定程度时，桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走， 当流速增大到一定程度时，桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走，床面开 始冲刷，此时冲向桥墩的流速（垂线平均流速）称为床沙的起冲流速V0’。 始冲刷，此时冲向桥墩的流速（垂线平均流速）称为床沙的起冲流速V 。
第六章
桥墩和桥台冲刷
定义挑角系数为： 定义挑角系数为：
C
α
α = 90 °
0 . 15
则桥台沙性土河床冲刷深度计算公式为： 则桥台沙性土河床冲刷深度计算公式为：
h h
s
= 1 . 95 F = 1 . 95 F
0 . 20 r
(L
A
D
h
)
C
0 . 50
C
α
C
A
或
0 . 20 r s 0.50 Z
h h
s
= 1 . 95 F = 1 . 95 F
0 . 20 r
(L
A
D
h
)0 . 50
或
0 . 20 r s 0.50 Z
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桥墩和桥台冲刷
同时发现：冲刷深度受水流与桥轴线交角( 同时发现：冲刷深度受水流与桥轴线交角(即：桥台挑角α) 大 桥台挑角α) 小的影响；引入挑角系数Cα Cα； 小的影响；引入挑角系数Cα； 桥台的形状对绕流也有明显的影响；引入系数C 桥台的形状对绕流也有明显的影响；引入系数CA。
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桥墩和桥台冲刷
大于V 并继续增大时 河床继续冲刷，冲刷坑逐渐加深和扩大， 并继续增大时， 当V 大于V0’并继续增大时，河床继续冲刷，冲刷坑逐渐加深和扩大，局部冲 刷深度h 与流速V呈直线关系增长。 刷深度hb与流速V呈直线关系增长。 流速V增大到床沙的启动流速V0(垂线平均流速)时，床面泥沙大量起动，上游 流速V增大到床沙的启动流速V 垂线平均流速) 床面泥沙大量起动， 泥沙进入冲刷坑，有些泥沙将滞留在坑内， 泥沙进入冲刷坑，有些泥沙将滞留在坑内，冲刷坑深度的增长将因来沙的补 偿而减缓；因此， 大于V 并继续增大时，局部冲刷深度h 与流速V 偿而减缓；因此，当V大于V0并继续增大时，局部冲刷深度hb与流速V则呈曲 线关系。 线关系。
H
min
= H
S
− h P − hb
桥台的最低冲刷高程为： 桥台的最低冲刷高程为：
H
min
= H
S
− h − hs
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桥墩和桥台冲刷
二、安全埋入深度： 安全埋入深度：
基底埋深安全值(m) 基底埋深安全值 桥梁类别 0
一般大中桥梁
总冲刷深度（ ） 总冲刷深度（m） 5 2.0 2.5 10 2.5 3.0 15 3.0 3.5 20 3.5 4.0
B B
0 .6 1 0 .6 1
I
1 . 25 L L
v
(I
e
)0 . 7
v
e − 孔隙比
第六章
桥墩和桥台冲刷
§6-5
桥台局部冲刷
一、桥台绕流的水流结构
第六章
桥墩和桥台冲刷
第六章
桥墩和桥台冲刷
二、桥台的冲刷计算： 桥台的冲刷计算：
1、沙性土河床 、 桥台冲刷深度随桥台路堤阻水长度L 被阻水流的深度 和水流弗汝德数 和水流弗汝德数Fr 桥台冲刷深度随桥台路堤阻水长度 D、被阻水流的深度h和水流弗汝德数 有显著关系： 有显著关系：
第六章
桥墩和桥台冲刷
桥墩局部冲刷深度与很多因素有关，除冲向桥墩的流速以外， 桥墩局部冲刷深度与很多因素有关，除冲向桥墩的流速以外，主要还有桥墩 宽度、桥墩型式、水深、床沙粒径等。局部冲刷坑的范围， 宽度、桥墩型式、水深、床沙粒径等。局部冲刷坑的范围，主要决定于冲刷 坑的深度和床沙的休止角。 坑的深度和床沙的休止角。 目前，桥墩局部冲刷公式是1964年我国“桥渡冲刷计算学术会议” 1964年我国 目前，桥墩局部冲刷公式是1964年我国“桥渡冲刷计算学术会议”推荐使用 65- 公式和65 公式，符合我国河流的实际情况，得到广泛应用。 65的65-1公式和65-2公式，符合我国河流的实际情况，得到广泛应用。 一、沙质河槽： 沙质河槽： 65- 公式： 1、65-2公式： 当V≤V0时，