【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深水大流速河段桥梁基础，具体地指一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法。
技术介绍
1、围堰是我国首创的一种用于承台干施工的临时阻水结构，最初在20世纪70年代九江长江大桥修建过程中成功应用。随着大跨桥梁的建设发展，围堰得到广泛应用，且围堰体量越来越大，且施工区域多位于深水主航道附近，因此，在使用围堰进行桥梁承台的建造过程中面临的河床冲刷问题越来越突出，尤其遭遇汛期洪水时，围堰附近会产生明显的局部冲深，对桥墩的施工和稳定造成严重影响，围堰的稳定着床与安全渡汛成为整个工程建设的关键，因此非常有必要采取一定的工程结构减小围堰附近的河床面冲刷。
2、现有技术大多采用如专利cn108442326a“一种牺牲桩群与护底抛石联合抵抗桥墩基础局部冲刷的防护方法”中所述的在围堰前方设置牺牲桩群或设置牺牲桩群和护底抛石区的方法来减小围堰附近的河床面冲刷，尽管上述方式能够有效地保护围堰不受河流冲刷影响，但是却没有方法对所采取结构的防冲刷效果和经济成本合理性进行一个明确的评估；现有技术没有办法仅通过计算就能解决深水河段围堰的防冲刷问题，在没有实验预演的情况下盲目施工防冲结构会存在安全隐患。
技术实现思路
1、本申请一方面提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，对防冲刷结构的防冲刷效果进行评估，在保证足够防冲刷效果的前提下，减小防冲刷结构规模，降低经济成本；在正式施工之前先进行模拟实验，找到合适的防冲刷结构数据，指导实际施工。
2、本申请的技术方案为：一种模拟深水围堰
3、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述测算天然泥沙起动流速采用沙玉清公式进行计算。
4、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述模型几何比尺在数值上等于模型流速比尺的二次方，模型几何比尺的范围在1:50～1:150之间。
5、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述模型沙起动流速采用窦国仁公式进行计算。
6、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述搭建实验模型基本框架同时满足以下条件：
7、模拟河段实际流速大于等于模型沙起动流速；
8、模型水流类型为紊流，模型雷诺数大于2000；
9、模型水深大于1.5cm，消除模型表面张力的影响；
10、模型沙与原形沙水下休止角相等，使模拟河段和实际河段的桥墩冲刷坑几何形态相似；
11、桥墩压缩比b/b大于8，其中：b为桥墩宽度，b为水槽宽度，桥墩最小宽度不小于0.03m。
12、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述选择模型沙材料的方法为：通过行业内技术人员的经验与基本常识初筛多种候选模型沙材料，得到候选模型沙的起动流速后，将各候选模型沙起动流速与天然泥沙起动流速的比值与模型流速比尺进行比较，二者之差在模型流速比尺的5％以内的为符合模拟实验要求。
13、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述模型拟合验算包括：测算不同水深下的模型沙起动流速与天然沙起动流速的比值是否与所选择的模型流速比尺吻合，二者之差在模型流速比尺的5％以内视为吻合。
14、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述模拟河段冲刷依照控制变量法原则进行试验，分别对无防冲刷结构的围堰和采取不同防冲刷结构的围堰进行多次对照实验，用于验证不同防冲刷结构的防冲刷效果。
15、根据本申请提供一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，所述对照实验为采取同一种围堰防冲刷结构但特征数据不同的实验组与无防冲刷结构围堰的对照组进行比较，用于比较同一种围堰防冲刷结构在不同的特征数据下的防冲刷效果。
16、本申请另一方面还提供一种检验已建成的深水围堰防冲刷结构效果的方法，是一种通过上述任意所述的模拟实验来检验已建成的深水围堰防冲刷结构效果的方法。
17、本申请的优点有：
18、1、本申请的实验方法能够对防冲刷结构的防冲刷效果进行评估，在保证足够防冲刷效果的前提下，减小防冲刷结构规模，降低经济成本；在正式施工之前先进行模拟实验，找到合适的防冲刷结构数据，指导实际施工；
19、2、考虑到薄膜水接触引起的黏结力及孔隙率等因素，本申请采用的沙玉清公式计算天然泥沙起动流速，沙玉清公式能够简单有效地计算出天然泥沙的起动流速；
20、3、本申请的模型几何比尺的范围在1:50～1:150之间，模型比尺过大会导致模拟实验成本过高，模型比尺过小模拟实验的精确度会大大降低；
21、4、考虑到模型沙的沙粒表面与黏结水之间存在的分子引力对黏结力有影响，且模型沙相对比较轻，采用窦国仁公式计算模型沙的起动流速更加可靠；
22、5、通过控制模拟河段的流速、雷诺数及水深，模型沙的水下休止角，桥墩的压缩比参数，提高了实验模型基本框架的拟合度；
23、6、本申请通过计算对比多种候选模型沙材料的起动流速与天然泥沙起动流速的比值，将比值与模型流速比尺的差值控制在模型流速比尺的5％以内，保证了实验模型的可靠性及拟合度；
24、7、本申请还通过控制变量法测算不同水深的情况下天然沙与模拟沙的起动流速之比是否与模型流速比尺吻合，能够有效地验算实验模型的拟合程度；
25、8、本申请对不同的防冲刷结构进行多组对照试验，验证了不同的防冲刷结构的防冲刷效果，能够很好地筛选出高效的防冲刷结构；
26、9、本申请进一步地做了多组对照试验用于研究不同特征数据下的防冲刷结构的防冲刷效果，利于研究不同特征数据下的防冲刷结构的防冲刷效果；
27、10、本申请还能过模拟实验检验实际工程中的防冲刷结构的防冲刷效果。
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1.一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述实验方法包括：测算天然泥沙起动流速；选择模型比尺，所述模型比尺包括模型几何比尺与模型流速比尺；确定模型沙起动流速；搭建实验模型基本框架；选择模型沙材料；模型拟合验算以及模拟河段冲刷实验。
2.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述测算天然泥沙起动流速采用沙玉清公式进行计算。
3.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述模型几何比尺在数值上等于模型流速比尺的二次方，模型几何比尺的范围在1:50～1:150之间。
4.如权利要求1一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述模型沙起动流速采用窦国仁公式进行计算。
5.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述搭建实验模型基本框架同时满足以下条件：
6.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述选择模型沙材料的方法为：通初筛多种候选模型沙材料，得到候选模型沙的起动流速后，将各候选模型沙起动流速与
7.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述模型拟合验算包括：测算不同水深下的模型沙起动流速与天然沙起动流速的比值是否与所选择的模型流速比尺吻合，二者之差在模型流速比尺的5％以内的模型拟合正确。
8.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述模拟河段冲刷依照控制变量法原则进行试验，分别对无防冲刷结构的围堰和采取不同防冲刷结构的围堰进行多次对照实验，用于验证不同防冲刷结构的防冲刷效果。
9.如权利要求8所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述对照实验为采取同一种围堰防冲刷结构但特征数据不同的实验组与无防冲刷结构围堰的对照组进行比较，用于比较同一种围堰防冲刷结构在不同的特征数据下的防冲刷效果。
10.一种检验已建成的深水围堰防冲刷结构效果的方法，其特征在于：是一种通过权利要求1-9任意一项所述的模拟实验来检验已建成的深水围堰防冲刷结构效果的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述实验方法包括：测算天然泥沙起动流速；选择模型比尺，所述模型比尺包括模型几何比尺与模型流速比尺；确定模型沙起动流速；搭建实验模型基本框架；选择模型沙材料；模型拟合验算以及模拟河段冲刷实验。
2.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述测算天然泥沙起动流速采用沙玉清公式进行计算。
3.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述模型几何比尺在数值上等于模型流速比尺的二次方，模型几何比尺的范围在1:50～1:150之间。
4.如权利要求1一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述模型沙起动流速采用窦国仁公式进行计算。
5.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述搭建实验模型基本框架同时满足以下条件：
6.如权利要求1所述一种模拟深水围堰防冲刷结构的实验方法，其特征在于：所述选择模型沙材料的方法为：通初筛多种候选模型沙材料，得到候选模型沙的起动流速后，将各候选模型沙起...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐衡，潘桂林，赵东梁，仇正中，林红星，陈沿松，师为明，肖苡辀，韩鹏鹏，孙婉静，张磊，杨汉彬，黄胜，何聪，陈迪郁，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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