非恒定流条件下丁坝水力特性及冲刷机理研究

本书以山区河流*常用的航道整治建筑物–丁坝为研究对象，统计分析了山区河流坝体类整治建筑物水毁类型及特征，总结了针对其水毁问题的研究现状。在运用自回归马尔可夫模型（AR模型）及两变量Gumbel-logistic模型对寸滩水文站流量过程进行随机模拟的基础上，采用理论分析结合概化水槽模型试验的研究手段，对非恒定流条件下丁坝周围水面线变化特征、丁坝上下游跌水高度确定方法、三维流速分布规律、坝轴线断面流速计算公式、水流紊动强度变化规律、水流对坝体动水压力和脉动压力分布及变化规律、坝体块石滚落和塌陷特点、坝头局部冲刷坑发展过程及变化规律、坝头冲刷深度计算公式等内容进行了较系统和深入的研究。这些研究成果应用于长江上游航道整治工程的前期工作、设计和维护中，可以提高整治和维护技术水平，有利于增强整治建筑物稳定性，为山区河流丁坝设计及其周围水沙运动规律的研究提供相应的理论基础和技术支持。

目 录
第1章 绪论 1
1.1 研究目的与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 丁坝水力特性研究现状 2
1.2.2 丁坝冲刷深度研究现状 5
1.2.3 丁坝水毁机理研究现状 7
1.2.4 明渠非恒定流研究现状 10
1.2.5 随机水文学研究现状 11
1.2.6 小结 14
第2章 长江上游航道整治建筑物损毁类型及特征 15
2.1 整治建筑物类型及损毁基本情况 15
2.1.1 已建航道整治建筑物基本情况 15
2.1.2 已建坝体类型及功能 18
2.1.3 已建整治建筑物工程结构特征 20
2.2 不同类型整治建筑物损毁特点 20
2.2.1 丁坝 20
2.2.2 顺坝 23
2.2.3 潜坝 25
2.2.4 锁坝 25
2.3 整治建筑物损毁影响因素及原因 26
2.3.1 整治建筑物损毁的主要影响因素 26
2.3.2 整治建筑物损毁主要原因 29
第3章 天然河流日均流量过程随机模拟 33
3.1 寸滩站日均流量过程分析 33
3.1.1 水文资料的审查 33
3.1.2 日均流量过程统计参数估计 34
3.1.3 日均流量过程频率计算 35
3.2 日均流量过程随机模拟方法 39
3.3 两变量联合分布日均流量过程模拟 40
3.3.1 两变量极值分布函数 40
3.3.2 两变量联合作用日均流量随机过程 42
3.4 小结 43
第4章 概化模型试验设计及仪器设备 44
4.1 水槽概化模型设计 44
4.1.1 模型丁坝设计 44
4.1.2 模型水流及时间比尺确定 46
4.1.3 模型沙材料及粒径的确定 47
4.2 试验设备及系统稳定性 48
4.2.1 流量控制系统 48
4.2.2 水位自动测量系统 49
4.2.3 流速测量系统 50
4.2.4 丁坝受力测量系统 51
4.2.5 三维地形测量系统 52
4.2.6 仪器率定及系统稳定性 52
4.3 试验方案及内容 56
4.3.1 清水定床试验 57
4.3.2 清水动床试验 60
4.4 小结 62
第5章 非恒定流条件下丁坝水流结构及紊动特性研究 63
5.1 丁坝附近的水流流态 63
5.1.1 非淹没丁坝附近的水流流态 63
5.1.2 淹没丁坝的水流流态 64
5.2 水面线分布规律 65
5.2.1 单个测点水位随时间变化规律 65
5.2.2 纵向水面线分布 68
5.2.3 横向水面线分布 71
5.2.4 坝身上下游跌水高度确定方法 73
5.3 纵向平均流速分布规律及计算公式 78
5.3.1 横断面流速分布 78
5.3.2 整个测区流速分布 82
5.3.3 坝轴线断面流速计算公式 84
5.4 三维流速及紊动强度变化分析 89
5.4.1 丁坝周围三维流速变化分析 89
5.4.2 丁坝布置前后坝头处三维流速对比分析 90
5.4.3 丁坝周围紊动强度分析 92
5.5 小结 94
第6章 非恒定流条件下丁坝稳定性及受力特性研究 96
6.1 丁坝坝面块体稳定性分析 96
6.1.1 块体受力情况分析 96
6.1.2 坡面块石受力分析 98
6.1.3 水流脉动对块体稳定的分析 99
6.2 丁坝坝体受力沿时间分布 100
6.3 丁坝坝体在受力整个测区的分布 102
6.3.1 水流作用于坝体动水压力分布 102
6.3.2 水流作用于坝体脉动压力分布 104
6.4 水流对坝体作用力紊动强度变化 106
6.5 小结 108
第7章 非恒定流条件下丁坝冲刷机理研究 109
7.1 坝体块石滚落和坝体塌陷的特点 109
7.1.1 坝头块石运动特点 109
7.1.2 坝身块石运动特点 110
7.1.3 冲刷坑内块石运动特点 111
7.1.4 丁坝水毁程度分析 112
7.2 坝头局部冲刷的范围和冲刷深度的变化规律 115
7.2.1 坝头局部冲刷敏感因素分析 115
7.2.2 坝头冲刷坑发展过程分析 117
7.2.3 坝头冲刷坑长度及宽度变化规律119
7.2.4 坝头冲刷深度变化规律 122
7.3 非恒定流作用下丁坝局部冲刷机理 124
7.4 非恒定流作用下山区河流散抛石坝冲刷坑深度计算公式 125
7.4.1 丁坝冲刷坑的影响因素 125
7.4.2 山区河流散抛石坝冲刷坑深度计算公式 127
7.4.3 丁坝冲刷坑计算实例 131
7.5 小结 132
参考文献 135
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