淮河入海水道铁路桥附近水流模拟及桥墩局部冲刷计算方法研究

摘要

本文针对淮河入海水道铁路桥工程，建立了水深平均二维数学模型，选取了4种不同形状尺寸的墩形和3种墩距，在近期设计行洪、近期强迫行洪和远期设计行洪3种工况下，定量研究了桥墩形状尺寸、桥墩间距对行洪水位的影响，并对桥墩的形状尺寸和墩距进行了优选。依据桥墩附近流场数值模拟的结果，选用了3个国内外有代表性的公式，计算了桥墩局部冲刷深度，分析了不同公式的计算偏差。论文研究的主要成果如下:
　　(1)本文建立的水深平均二维数学模型，在3种行洪工况下，计算区域进口边界的平均水位率定的相对误差分别为0.022％、0.034％和0.091％，具有较高的计算精度。
　　(2)桥墩形状尺寸和墩距对桥墩附近水流有一定的影响。在壅水最高的远期设计行洪工况下，4种不同形状尺寸的墩形，在计算区域进口边界处的平均壅水高度依次为0.027m、0.024m、0.018m、0.017m，水位相对雍高值依次为0.1889％、0.1679％、0.1259％、0.1189％;3种墩距计算区域进口边界处的平均壅水高度依次为0.017m、0.015m、0.013m，进口边界平均水位相对雍高值依次为0.1189％、0.105％、0.091％。依据计算区域进口边界平均水位相对雍高值不超过1‰的原则，选择头尾部为半圆形、长770cm、宽350cm的桥墩为最终采用的形式，确定桥墩间距为66.4m。
　　(3)选用国内设计规范公式、朱炳祥的规范公式修正式和前苏联的包尔可达夫公式，计算了不同行洪工况下粘性土桥墩的冲刷深度。计算深泓和滩地桥墩局部最大冲刷深度时，相对设计规范公式，朱炳祥公式的计算结果最大偏差达到17.79％和72.74％，包尔可达夫公式的计算结果最大偏差达到14.01％和-33.96％。3种公式的计算结果存在较大的偏差。