[發明專利]一種長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法

無效

• 申請號: 201310204255.5
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103437319A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 楊勝發;胡江;付旭輝;李文杰;陳陽;徐芳;徐威震
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于河流卵石研究技術領域，尤其涉及一種長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法。

背景技術

由于天然山區河流卵礫石運動的復雜性，因而在進行整治工程以前，對整治方案進行充分的論證研究十分必要，目前，對于長江上游地區復雜卵石淺灘的整治，一般采用物理模型模擬整治效果的方法對方案進行論證研究，在對以前長江宜賓至重慶河段三級航道整治時共進行了15個灘的物理模型試驗，從工程實踐效果來看，沒有哪一個灘是一次研究方案實施后就整治成功的，其中有5個灘經過2次整治才取得成功，4個灘經過3次整治才取得成功，有4個灘經過5次整治才取得成功，而三角磧、豬兒磧至目前也沒有取得成功，另外，還有2個灘險先后做過2個物理模型。

造成這些差異的原因，一方面是因為天然山區河流卵礫石運動的復雜性；另一方面則是物理模型的模擬方法上，通常來說，物理模型試驗在模擬卵石淺灘整治前后的水流變化情況時，有較好的效果；但是考慮到物理模型設計過程中，多數采用了輕質沙(如精煤)、變態模型等，在模擬卵石的沖刷及回淤方面的效果與實際差異較大。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法，旨在解決現有模擬卵石的沖刷及回淤方面的效果與實際差異較大的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法，所述長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法包括以下步驟：

選擇適合的模型沙；

確定適合模型比尺；

確定模型幾何形態。

進一步、所述長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法具體步驟為：

第一步、選擇適合的模型沙：

由于三峽水庫變動回水末端段在消落期航槽內普遍存在沙波運動，在模擬有沙波形態的推移質運動時，天然模型沙優于輕質模型沙，在模型設計時應優先考慮選擇天然沙作為模型沙；

第二步、確定適合模型比尺：

三峽水庫變動回水區末端段航槽內卵礫石中值粒徑D50為52mm，因水流強度較大，推移質運動形態通常由平整床面直接過渡到沙壟階段，在模型試驗時，模型沙的粒徑不應小于0.6mm，則模型比尺宜大于1∶90；

第三步、模型幾何形態的確定：

三峽水庫變動回水段河床及水面比降均較大，且河床推移質為粗顆粒的卵礫石，粗顆粒的泥沙運動對相對光滑度h/D、河床比降J和弗汝德數Fr相當敏感，當模型河床比降較原型增加e倍后，水流參數相差很大，直接導致水流和泥沙的相似準數相差很大，影響推移質泥沙的起動、輸沙路徑和沖淤狀態的模擬相似性，因此宜采用正態模型。

進一步、所述長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法的研究過程，包括以下步驟：

對輕質模型沙和天然沙的物理特性進行比較研究；

通過28m水槽試驗，從泥沙的起動、輸沙率和沙波運動三個方面研究對比了天然沙、輕質沙兩種模型沙的運動特性；

選擇位于三峽變動回水末端的重慶主城豬兒磧河段并通過物理模型試驗，研究對比天然模型沙和輕質模型沙在模擬航槽沖刷與回淤時的適應性；

對兩種模型沙在推移質動床物理模型中的適應性進行分析；

結合不同模型沙的特性以及長江上游卵石灘險的水流和航槽泥沙運動特點分析，得出長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法。

進一步、所述長江上游卵石灘險航道整治動床物理模型設計方法的研究過程具體步驟為：

第一步、輕質模型沙和天然沙的物理特性比較研究：

在重慶主城的九堆子河段隨機選擇47個邊灘天然卵石樣本，與天然模型沙、輕質模型沙中隨機抽取的196個、198個樣本，測量對比其幾何尺度和質量，采用形狀系數、扁平度、球度參數進行統計，

第二步、運動特性比較研究：

通過28m水槽試驗，從泥沙的起動、輸沙率和沙波運動三個方面研究對比了天然沙、輕質沙兩種模型沙的運動特性；

第三步、模型沙模擬沖淤特性的對比研究：

選擇位于三峽變動回水末端的重慶主城豬兒磧河段并通過物理模型試驗，研究對比天然模型沙和輕質模型沙在模擬航槽沖刷與回淤時的適應性；

考慮到模型沙、場地以及模擬對象原因，主要針對消落期豬兒磧河段主航槽建立1∶60的正態局部物理模型進行航槽的沖淤對比試驗；