山区河流散抛石坝防冲毁措施研究
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摘要
山区河流坡降大、流速急且分布不均，散抛石坝水毁现象较为普遍，开展相关问题研究十分必要。本文首先根据散抛石坝损毁情况的现场调查资料，结合有关专家多年的整治经验，总结出坝体的损毁原因及影响因素；对现有块体稳定性的研究成果进行回顾和总结，并针对散抛石坝的直接损毁现象，结合山区河流的水流、地形特点，利用块体粒径与起动流速的关系，提出块体稳定重量与起动流速高次方成正比的概念，流速50％的增长可能导致块体稳定重量接近40倍的变化；通过二维变坡水槽试验，研究了坝体稳定的主要影响因素，包括块体重量、坝顶水深、断面尺寸、块体材料(块石和卵石两种)、护底等，结果表明对于山区河流，试图仅仅通过增加坝体单个块体重量或断面尺寸来提高坝体稳定性效果甚微；最后，根据西部地区的自然、经济、交通等条件，提出可以采用柔性混凝土铰链体等一类整体性较好的护面层作为散抛石坝的防冲毁措施，以期取得良好的工程效果。
Loose rock dams are often destroyed due to rapid flow velocity in mountain streams. In this thesis, first, reasons and factors for the stability of loose rock dams were summarized according to the field surveys and certain expert's experiences. Then, researches on block stability problems were reviewed, and according to the relationship between grain size and incipient velocity, it is found that the block weight is in direct proportion to 6-9 power of incipient velocity, and 50% increase of the velocity will
result in about 40 times change of the block weight. After that, experiments were conducted in a flume, focusing on the relationship between incipient velocity and some main factors including block weight, water depth over the dam, cross-section size, block material and river bed material. The result shows that it is not appropriate to improve the stability of loose rock dams by simply increasing the block weight. Finally, a flexile concrete gemel was suggested to protect loose rock dams.
Loose rock dams are often destroyed due to rapid flow velocity in mountain streams. In this thesis, first, reasons and factors for the stability of loose rock dams were summarized according to the field surveys and certain expert's experiences. Then, researches on block stability problems were reviewed, and according to the relationship between grain size and incipient velocity, it is found that the block weight is in direct proportion to 6-9 power of incipient velocity, and 50% increase of the velocity will
result in about 40 times change of the block weight. After that, experiments were conducted in a flume, focusing on the relationship between incipient velocity and some main factors including block weight, water depth over the dam, cross-section size, block material and river bed material. The result shows that it is not appropriate to improve the stability of loose rock dams by simply increasing the block weight. Finally, a flexile concrete gemel was suggested to protect loose rock dams.
引文
[1] 潘少华编．海岸动力学．河海大学港口航道及海岸工程学院，1996．
[2] 廖国平．石滩整治．贵州教育出版社，1997．
[3] 刘大明，汪定扬，王先明等．葛洲坝工程大江截流若干水力学问题的试验研究和基本结论[J]．中国科学(A缉)，1982，(10)：951～962．
[4] 刘力中，郭红民．三峡工程大江截流水力学试验研究．人民长江，1997(4)．
[5] 杨光煦．三峡工程大江截流实况及其分析．人民长江，1998，1(1)：2～4．
[6] 陈肃利，曾令木．混凝土铰链排在长江中下游河道护岸中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：462～466．
[7] 毛昶熙，段祥宝，毛佩郁等．海堤护坡块体的稳定性分析[J]．水利学报，2000，8(8)：32～38．
[8] 余广明．堤坝防浪护坡设计[M]．北京：水电出版社，1987．
[9] 杨火其，王文杰．钱塘江河口异型块体抗冲稳定特性试验研究[J]．长江科学院院报，2001，4(2)：19～22．
[10] 陶存换．1949～1979年钱塘江的海塘建设与江道整治工作[R]．杭州：浙江省钱塘江工程管理局，1984．
[11] 戴泽蘅，李光炳．钱塘江河口开发的回顾与展望[J]．东海海洋，1989，7(1)：10～15．
[12] 杨火其，吴德中，王文杰，仲明刚．钱塘江河口护塘丁坝坝头异型块体的防冲特性．东海海洋，2002，6(2)：6～13．
[13] 陈效国，李丕武，谢向文等．堤防工程新技术[M]．河南：黄河水利出版社，1998．
[14] 周代鑫，黄希敏．截流人工块体稳定性分析．人民珠江，1995，2(1)：18～24．
[15] 杨火其，杨永楚，王文杰等．四面六边透水框架群在钱塘江坝头防冲及海塘护脚模型试验研究[R]．杭州：浙江省河口海岸研究所，1999．
[16] 唐洪武，李福田，肖洋等．四面体框架群护岸型式防冲促淤效果试验研究．水运工程，2002，9(9)：25～28．
[17] 王南海，张文捷等．四面六边透水框架群护岸技术在江西堤防工程中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999．12：417～423．
[18] 张耀哲，郭岗等．四面六边透水框架群在渭河治理中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：700～705．
[19] 张庆彬，张升光．铰链式模袋混凝土沉排在北杜控导工程中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：502～506．
[20] 朱菊明，白种万，王晖．软体排沉排护脚新技术．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：663～668．
[21] 叶建宏，郑曼克．柔性块体新技术在钱塘江强涌潮地段治险中的应用．浙江水利科技，2000，增刊：60～61．
[22] 郑士元，李彪．合金钢网系列柔性块体在水利工程防护中的应用．浙江水利科技，2000(2)：48～49．
[23] 肖斗均，曹桂芳．竹骨架铅丝笼装卵石护脚固基效果好．四川水利，1994(2)：33．
[24] 黄平，周玉英．重镀锌铁丝网石笼技术在漓江护岸的应用．广西水利水电，2002(2)：44～46．
[25] 肖焕雄．施工导截流与围堰工程研究．北京：中国电力出版社，2002，114～121．
[26] 肖焕雄，唐晓阳．江河截流中混合粒径群体抛投石块稳定性研究[J]．水利学报，1994(3)：10～18．
[27] 中国水利学会泥沙专业委员会．泥沙手册．中国环境科学出版社，1992．
[28] 唐银安，吴安江．山区冲积性河流整治建筑物水毁原因及防治初探．内河航道整治工程论文集，1999，3～7．
[29] 熊锡林．丁坝在山区航道整治的应用及效果．水运工程，1993，(7)：32～38．
[30] 陈石莹．澜沧江景洪大沙坝浅滩整治效果及经验．水运工程，1987(12)：17～23．
[31] 徐天有，张晓宏，吴文平．过水堆石坝钢筋笼护坡失稳临界条件试验研究．西北水电，1998(2)：34～35．
[32] Olivier, H., Through and overflow rockfill dams-new design techniques Proc. Inst. Civ. Engrs. Vol. 36, Mar. 1967.
[33] Hartung, F., Schuerlein, H., Design of overflow rockfill dams. ICOLD, Q. 36, R. 35, 1970.
[34] Knauss, J., Computation of maximum discharge at overflow rockfill dams. ICOLD, Q. 50, R. 9, 1979.
[35] 毛昶熙，周名德等．闸坝工程水力学与设计管理．水利电力出版社，1995．
[36] 美国陆军工程团．水力设计准则．肖克勤，罗忠贤，肖世泽等译．长江水力水电科学研究院，1979，6．
[37] F Gerritsen. Topic in Ocean Engineering[M]. Texas: Gulf Publishing Company, 1969. 363～389.
[38] 戴泽衡，钱启明．堆石滚水坝坝坡抗冲稳定问题的试验研究[R]．杭州：浙江省河口海岸所，1978．
[39] 张植堂，姚于丽．长江上游卵石起动流速表达式的讨论[J]．长江科学院院报，1989，6(2)：1～10．
[40] 黄金池．水流冲刷与管道埋设．中国建材工业出版社，1998，10．
[41] 中国水利学会围涂开发专业委员会(陈吉余主编)．中国围海工程．北京：中国水利水电出版社，2000，185～201．
[42] 王昌杰．河流动力学．北京：人民交通出版社，2001．
[43] 李家星，陈立德．水力学(下册)．河海大学出版社，1995．
[44] 李伯海，李一兵，黄君宝．北盘江岩架滩航道整治工程试验研究．2002．
[45] 程永舟，周援衡．群坝局部冲深计算试验研究．水道工程，2000(4)：19～22．
[46] 欧先明．北盘江岩架滩丁潜坝技术探讨．水运工程，1990(5)：44～46．
[47] 汪定扬，刘大明，黄希敏．有关截流水力学的几个问题．武汉：长江水利水电科研成果选编．1981．3．
[48] Lemos, C.M., Wave Breaking, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,1992.
[49] Teles da Silva, A.F. and Peregrine, D.H. (1990). Nonsteady Computation of Undular and Breaking Bores. Int. Conf. Coastal Eng. 22th, Delft.
[50] Benjamin, T.B. and Lighthill, M.J. (1954). On cnoidal waves and bores, Proc. Roy. Soc. Lond. A 224, PP448-460.
[51] Rajaratnam, N., Hydraulic Jumps. Adv. In Hydroscience 4, 197-280,1967.
[52] Rajaratnam, N., The hydraulic jump as a wall jet. Proc Amer. Soc. Civ. Eng. J Hydr. Div. 91, 107-132, 1965.
[53] R W Hemphill，M E Bramley著，蔡雯等译，河渠护岸工程(方案选择及设计导则)，中国水利水电出版社，2000．
[54] Peregrine, D.H. and Svendsen, I.A., Spilling breakers, bores and hydraulic jumps, Proc, Int. Coastal Eng. Cof. 16th, Hamburg, Vol.1,1978.
[55] Madsen, P.A. and Svendsen, I.A., Turbulent bores and Hydraulic jumps, Jour. Fluid Mech., Vol.129, 1983.
[56] Svendsen, I.A. and Madsen, P.A., A turbulent bore on a beach, Jour. Fluid. Mech.,Vol. 48,1984.
[57] Treske, A., Undular bores (favre-waves) in open channels -Experimental studies, Journal of Hydraulic Research, 1994(3).
[58] 航道整治．华东水利学院，重庆交通学院．人民交通出版社，1980，202～205．
[59] 徐天有，张晓宏，吴文平．过水堆石坝钢筋笼护坡失稳临界条件试验研究．西北水电，1998，(2)：34～35．
[60] 毛佩郁，段祥宝，毛昶熙．丁坝头冲深和堵口抛石大小的计算．水利水运工程学报，2001，(2)：46～50．
[2] 廖国平．石滩整治．贵州教育出版社，1997．
[3] 刘大明，汪定扬，王先明等．葛洲坝工程大江截流若干水力学问题的试验研究和基本结论[J]．中国科学(A缉)，1982，(10)：951～962．
[4] 刘力中，郭红民．三峡工程大江截流水力学试验研究．人民长江，1997(4)．
[5] 杨光煦．三峡工程大江截流实况及其分析．人民长江，1998，1(1)：2～4．
[6] 陈肃利，曾令木．混凝土铰链排在长江中下游河道护岸中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：462～466．
[7] 毛昶熙，段祥宝，毛佩郁等．海堤护坡块体的稳定性分析[J]．水利学报，2000，8(8)：32～38．
[8] 余广明．堤坝防浪护坡设计[M]．北京：水电出版社，1987．
[9] 杨火其，王文杰．钱塘江河口异型块体抗冲稳定特性试验研究[J]．长江科学院院报，2001，4(2)：19～22．
[10] 陶存换．1949～1979年钱塘江的海塘建设与江道整治工作[R]．杭州：浙江省钱塘江工程管理局，1984．
[11] 戴泽蘅，李光炳．钱塘江河口开发的回顾与展望[J]．东海海洋，1989，7(1)：10～15．
[12] 杨火其，吴德中，王文杰，仲明刚．钱塘江河口护塘丁坝坝头异型块体的防冲特性．东海海洋，2002，6(2)：6～13．
[13] 陈效国，李丕武，谢向文等．堤防工程新技术[M]．河南：黄河水利出版社，1998．
[14] 周代鑫，黄希敏．截流人工块体稳定性分析．人民珠江，1995，2(1)：18～24．
[15] 杨火其，杨永楚，王文杰等．四面六边透水框架群在钱塘江坝头防冲及海塘护脚模型试验研究[R]．杭州：浙江省河口海岸研究所，1999．
[16] 唐洪武，李福田，肖洋等．四面体框架群护岸型式防冲促淤效果试验研究．水运工程，2002，9(9)：25～28．
[17] 王南海，张文捷等．四面六边透水框架群护岸技术在江西堤防工程中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999．12：417～423．
[18] 张耀哲，郭岗等．四面六边透水框架群在渭河治理中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：700～705．
[19] 张庆彬，张升光．铰链式模袋混凝土沉排在北杜控导工程中的应用．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：502～506．
[20] 朱菊明，白种万，王晖．软体排沉排护脚新技术．江西：堤防加固技术研讨会论文集(上册)，1999，12：663～668．
[21] 叶建宏，郑曼克．柔性块体新技术在钱塘江强涌潮地段治险中的应用．浙江水利科技，2000，增刊：60～61．
[22] 郑士元，李彪．合金钢网系列柔性块体在水利工程防护中的应用．浙江水利科技，2000(2)：48～49．
[23] 肖斗均，曹桂芳．竹骨架铅丝笼装卵石护脚固基效果好．四川水利，1994(2)：33．
[24] 黄平，周玉英．重镀锌铁丝网石笼技术在漓江护岸的应用．广西水利水电，2002(2)：44～46．
[25] 肖焕雄．施工导截流与围堰工程研究．北京：中国电力出版社，2002，114～121．
[26] 肖焕雄，唐晓阳．江河截流中混合粒径群体抛投石块稳定性研究[J]．水利学报，1994(3)：10～18．
[27] 中国水利学会泥沙专业委员会．泥沙手册．中国环境科学出版社，1992．
[28] 唐银安，吴安江．山区冲积性河流整治建筑物水毁原因及防治初探．内河航道整治工程论文集，1999，3～7．
[29] 熊锡林．丁坝在山区航道整治的应用及效果．水运工程，1993，(7)：32～38．
[30] 陈石莹．澜沧江景洪大沙坝浅滩整治效果及经验．水运工程，1987(12)：17～23．
[31] 徐天有，张晓宏，吴文平．过水堆石坝钢筋笼护坡失稳临界条件试验研究．西北水电，1998(2)：34～35．
[32] Olivier, H., Through and overflow rockfill dams-new design techniques Proc. Inst. Civ. Engrs. Vol. 36, Mar. 1967.
[33] Hartung, F., Schuerlein, H., Design of overflow rockfill dams. ICOLD, Q. 36, R. 35, 1970.
[34] Knauss, J., Computation of maximum discharge at overflow rockfill dams. ICOLD, Q. 50, R. 9, 1979.
[35] 毛昶熙，周名德等．闸坝工程水力学与设计管理．水利电力出版社，1995．
[36] 美国陆军工程团．水力设计准则．肖克勤，罗忠贤，肖世泽等译．长江水力水电科学研究院，1979，6．
[37] F Gerritsen. Topic in Ocean Engineering[M]. Texas: Gulf Publishing Company, 1969. 363～389.
[38] 戴泽衡，钱启明．堆石滚水坝坝坡抗冲稳定问题的试验研究[R]．杭州：浙江省河口海岸所，1978．
[39] 张植堂，姚于丽．长江上游卵石起动流速表达式的讨论[J]．长江科学院院报，1989，6(2)：1～10．
[40] 黄金池．水流冲刷与管道埋设．中国建材工业出版社，1998，10．
[41] 中国水利学会围涂开发专业委员会(陈吉余主编)．中国围海工程．北京：中国水利水电出版社，2000，185～201．
[42] 王昌杰．河流动力学．北京：人民交通出版社，2001．
[43] 李家星，陈立德．水力学(下册)．河海大学出版社，1995．
[44] 李伯海，李一兵，黄君宝．北盘江岩架滩航道整治工程试验研究．2002．
[45] 程永舟，周援衡．群坝局部冲深计算试验研究．水道工程，2000(4)：19～22．
[46] 欧先明．北盘江岩架滩丁潜坝技术探讨．水运工程，1990(5)：44～46．
[47] 汪定扬，刘大明，黄希敏．有关截流水力学的几个问题．武汉：长江水利水电科研成果选编．1981．3．
[48] Lemos, C.M., Wave Breaking, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,1992.
[49] Teles da Silva, A.F. and Peregrine, D.H. (1990). Nonsteady Computation of Undular and Breaking Bores. Int. Conf. Coastal Eng. 22th, Delft.
[50] Benjamin, T.B. and Lighthill, M.J. (1954). On cnoidal waves and bores, Proc. Roy. Soc. Lond. A 224, PP448-460.
[51] Rajaratnam, N., Hydraulic Jumps. Adv. In Hydroscience 4, 197-280,1967.
[52] Rajaratnam, N., The hydraulic jump as a wall jet. Proc Amer. Soc. Civ. Eng. J Hydr. Div. 91, 107-132, 1965.
[53] R W Hemphill，M E Bramley著，蔡雯等译，河渠护岸工程(方案选择及设计导则)，中国水利水电出版社，2000．
[54] Peregrine, D.H. and Svendsen, I.A., Spilling breakers, bores and hydraulic jumps, Proc, Int. Coastal Eng. Cof. 16th, Hamburg, Vol.1,1978.
[55] Madsen, P.A. and Svendsen, I.A., Turbulent bores and Hydraulic jumps, Jour. Fluid Mech., Vol.129, 1983.
[56] Svendsen, I.A. and Madsen, P.A., A turbulent bore on a beach, Jour. Fluid. Mech.,Vol. 48,1984.
[57] Treske, A., Undular bores (favre-waves) in open channels -Experimental studies, Journal of Hydraulic Research, 1994(3).
[58] 航道整治．华东水利学院，重庆交通学院．人民交通出版社，1980，202～205．
[59] 徐天有，张晓宏，吴文平．过水堆石坝钢筋笼护坡失稳临界条件试验研究．西北水电，1998，(2)：34～35．
[60] 毛佩郁，段祥宝，毛昶熙．丁坝头冲深和堵口抛石大小的计算．水利水运工程学报，2001，(2)：46～50．