水毀路基邊坡保護(hù)工程設(shè)計及二維數(shù)值模擬.pdf

1、河龍高速公路是我國東營至香港的國家重點公路建設(shè)項目的重要組成部分，也是廣東省“十五”期間規(guī)劃建設(shè)的重點工程項目之一。該公路位于河源清溪河段，在2005年6月的東江流域特大洪水中受到嚴(yán)重的毀壞，沿岸邊坡發(fā)生坍塌。本論文結(jié)合工程路段的實際情況，采用航道整治工程對坍塌的邊坡進(jìn)行保護(hù)。 河源清溪河段屬典型的彎曲河道，彎曲河道的水流因受離心力的作用，整個水體向凹岸壅高，凸岸水面變低，從而產(chǎn)生了面流指向凹岸、底流指向凸岸的螺旋狀水流。由于河

2、道表層水流較清，含沙量較小，底層水流較渾，含沙量較大，表層的清水沖向凹岸，使凹岸遭到?jīng)_刷，沖刷產(chǎn)生的泥沙以及上游挾帶下來的大粒徑沙卵石，由底流推移至凸岸產(chǎn)生淤積，并在凸岸形成邊灘。因此，在彎道環(huán)流的作用下，土質(zhì)松軟的工程河段凹岸不斷受到?jīng)_刷，并不斷地坍塌后退，特別是在2005年東江流域特大洪水的作用下，剛剛竣工的高速公路以及河邊的鄉(xiāng)道路基的基礎(chǔ)被洪水淘空，因此導(dǎo)致了邊坡失穩(wěn)、路面下陷等嚴(yán)重問題。 本論文借鑒國內(nèi)外眾多專家對公路水

3、毀問題的研究成果，在認(rèn)真勘察工程現(xiàn)場和了解所在河段的地質(zhì)、水文、泥沙特性的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了公路水毀的原因和機(jī)理，提出了采用短丁壩和護(hù)岸相結(jié)合的航道整治工程措施來保護(hù)公路水毀邊坡的設(shè)計方案，并采用數(shù)值模擬方法，對設(shè)計方案的工程效果進(jìn)行了驗證和比選。本論文提出了兩種整治線走向的四種工程設(shè)計方案，即根據(jù)整治線的離岸距離分為較長丁壩的兩種方案和較短丁壩的兩種方案。同時還進(jìn)行了樁式護(hù)岸的設(shè)計，并在技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩方面與筑壩方案進(jìn)行了比選。

4、 數(shù)值模擬采用沿水深積分的平面二維模型，水流為非恒定不可壓縮流體，因此，采用Navier-Stokes方程來描述水流運(yùn)動，利用有限單元法對方程進(jìn)行離散求解，未知函數(shù)的時間導(dǎo)數(shù)采用差分格式來進(jìn)行離散，進(jìn)行空間離散時主要考慮風(fēng)產(chǎn)生的切應(yīng)力、河床底部的摩阻應(yīng)力以及地球自轉(zhuǎn)引起的柯氏力的影響，并采用二次插值函數(shù)對方程組進(jìn)行離散。通過與原型進(jìn)行整治水位下水面線和流態(tài)的驗證，表明模型計算精度基本達(dá)到要求。數(shù)模計算分別對各種整治方案在設(shè)計流量、整治