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桥梁冲刷计算
第六章桥下河床冲刷计算_图文_百度文库
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第六章桥下河床冲刷计算
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2007年7月自考水文学与水力学试题试卷真题 
试题类型：WORD文档
试题时间：2007年7月
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浙江省2007年7月高等教育自学考试
水文学与水力学试题
课程代码：02403
一、填空题(本大题共17小题，每空1分，共20分)
请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。
1.描述液体运动的方法主要有拉格朗日法和欧拉法，那么在实际工程中，_______ 是主要理论分析方法。
2.欧拉平衡微分方程表明，在静止流体中，单位质量流体所受到的质量力与___________相互平衡。
3.作用于静止流体同一点压强的大小各向相等，与___________ 无关 。
4.据雷诺实验，液流有层流和紊流两种流态，对管流当___________时为层流，否则为紊流。
5.渗透系数是反映渗流特性的一个综合指标，其单位为_______。
6.水流流经一突然扩大的管段，管道直径由200mm变为300mm，则该突然扩大管道中局部阻力系数（以小管径的速度为准）等于___________。
7.渗流模型中的水流流量________ 相应点上实际渗流场中的流量。（大于、小于、等于）
8.按堰的下游水位对堰流泄流能力的不同影响，堰流可分为_________和_________。
9. 实用堰的流量系数一般__________（大于、小于、等于）薄壁堰的流量系数。
10.______________消能措施是把下泄水流挑射至远离建筑物的下游河床中。
11．在淹没出流时，堰顶水流处于_______________ （急流、缓流、临界流）。
12．目前的桥涵水文研究方法主要以_______________法为主。
13．河床演变的最根本原因是______________________。
14．河流长度是指从河口沿___________________的距离。
15．河床径流的主要影响因素是降水、蒸发和_____________________。
16．小桥涵水文勘测的目的是为了确定 ______________和_________________，并为确定桥涵孔径提供依据。
17．洪水的三要素是洪峰流量、__________________和__________________ 。
二、单项选择题(本大题共20小题，每小题1.5分，共30分)
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。
18．在桥梁工程的有关模型试验中，通常采用______相似准则作为其相似准则。( )
C. Eu D.Ma
19. 理想流体是一种______的假想流体。( )
A．动力粘度等于0 B.速度梯度等于0
C.速度为一常数
D.流体没有剪切变形
20. 在静止液流中，质量力与等压面( )
21.绝对压强的数值( )
D.以上三种均有可能
22. 任意形状平面壁上静水总压力的大小等于______处静水压强乘以受压面的面积。
A.受压面的中心 B.受压面的重心
C.受压面的形心 D.受压面的垂心
23．当输水管流量一定时，若管径增大，液流的临界雷诺数( )
D.以上三种均有可能
24．一管道管长L=150m，管径d=1000mm，粗糙系数n=0.013。若断面平均流速v=1.5m/s，则其沿程水头损失是( )
25. 裘皮幼公式可应用于一元______渗流。( )
26. 在均质孔隙介质中，渗流流速与水力坡度的______成正比。( )
27.明渠均匀流动为缓流时，( )
28. 水力最优断面中水力半径是水深的______倍。( )
29. 在敞开于大气压下的盛水容器壁上安一测压管，则测压管内水面上升的高度_____容器内的自由液面。( )
D. 都有可能
30．下列哪个不是水文现象的共同特点？( )
31．_______建桥前后对河床演变的影响最大。( )
A.平原弯曲河段
B. 平原顺直河段
C.山区河流
D.平原游荡性河段及山前区变迁性河段
32．在一条河流上，其纵比降一般自河流向河口逐渐( )
D. 都有可能
33．某桥位处的流域面积F=566km2，多年平均流量为8.8m3/s，多年平均降雨量为688.7mm，则其径流模数为______L/（s.m2）( )
34．由于大、中桥的桥下河床一般不加护砌，所以大中桥孔的水力计算有如下特点( ）
A.不允许桥下河床有一定的冲刷，按自由出流计算
B.不允许桥下河床有一定的冲刷，按淹没出流计算
C.允许桥下河床有一定的冲刷，按淹没出流计算
D.允许桥下河床有一定的冲刷，按自由出流计算
35．小桥轴线应与河沟流向______，涵洞轴线应与水流向_______。( )
A. 垂直 垂直
B. 一致 一致
C. 垂直 一致
D. 一致 垂直
36．______是确定桥涵孔径及桥梁墩台冲刷的基本依据。( ）
A. 设计洪峰流量
B.设计洪水位
C. 设计洪峰总量
D. 设计洪水过程线
37．对于河道稳定顺直且有足够洪迹的河段，设计洪峰流量的推算方法常采用( ）
A. 按实测流量资料推算
B. 按洪水调查资料推算
C. 按暴雨资料推算
D. 按实测水位资料推算
三、简答题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)
38．何谓压力体？压力体有哪三部分组成？
39．如图所示管道，已知水头为H，管径为d，沿程阻力系数为λ，且流动在阻力平方区，若（1）在铅直方向接一长度为b的同管径同材质的水管，（2）在水平方向接一长度为b的同管径同材质的水管，问：哪种情况流量大？为什么？（忽略局部水头损失）
40．简述调治构造物的作用，及按其对水流作用的分类。
41. 简述墩台冲刷现象的分类及其成因。
四、计算题(本大题共3小题，每小题10分，共30分)
42．某梯形断面棱柱体密实粘土渠道，底坡i=0.0002，边坡系数m=2.0，河床粗糙系数n=0.023，设计渠底宽b=14m，水深2.5m，不冲允许流速v′=0.85R0.25，R为水力半径，不淤允许流速v&=0.4~0.6m/s。试求
（1）渠道的设计流量Q；
（2）校核渠道是否满足不冲不淤要求。
43．如图所示，左边为水箱，其上压力表的读数为-0.147×105Pa，右边为油箱，油的ρg=7350N/m3，用宽为1.2 m的闸门隔开，闸门在A点铰接。为使闸门AB处于平衡，必须在B点施加多大的水平力F′。
44.对应于百年一遇的设计洪水位工程，其设计频率及重现期各为多少？若工程设计使用年限为30年，则其安全率和破坏率各为多少？
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自己也曾经是自考生，当初考的是计算机专业的专科，花了我四年半年时间。许多朋友跟我说自考太难了，他们快要坚持不下去了。我自己的经验是，其实自考不难，难的是坚持。
我不相信人天生下来会有谁比谁更聪明的脑袋瓜，只相信谁比谁更努力。努力看书，多做题，多花时间在学习上面，一定能够成功。加油吧！
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一条发育完整的河流，按其特性，可分为河源，上游，中游，下游，河口五部分。
质量：物体中所含物质数量。
密度：单位体积内所含液体的质量。
重力：液体所受地球的引力。
重度：单位体积中的液体重力。
（非）均匀流：流线簇彼此呈平行直线的流动，称为均匀流；否则称为非均匀流。 易流动性：静止时，液体不能承受切力及抵抗剪切变形的特性。
黏滞性：在运动状态下，液体所具有抵抗剪切变形的能力。
压缩性：液体宏观体积可随压强增大而减小的特性。
气化：液体分子逸出液面向空间扩散的现象。
表面张力：沿液体自由表面，液体分子引力所产生的张力。
绝对压强：以绝对真空作起算零点的压强。
相对压强：以工程大气压Pa做起算零点的压强。
真空：绝对压强小于大气压强时的水力现象。
真空值：大气压强与绝对压强的差值。
相对平衡或相对静止：当盛水容器对地球作运动，但容器与其中的液体之间及液体本身的 质点间均无相对运动时，称为相对平衡或相对静止
等压面：液体中压强相等各点所构成的曲面，称为等压面
一、 流线的定义、特性
所谓的流线，即同一时刻与流场中各质点运动速度矢量相切的曲线。
特性：1、流线一般不会相交，也不会成90°的折转。2、流线只能是一根光滑曲线。3、任一瞬时，液体质点沿流线的切线方向流动，在不同瞬时，因流速可能有变化，流线的图形可以不同。
二、 明渠均匀流的水力特性
1、明渠均匀流是一种等深、等速直线运动，断面流速分布沿程不变，有a1=a2,a1’=a2’。 明渠均匀流的渠中水深，称为正常水深，常用ho表示。
2、总水头线、测压管水头线及渠底线三者平行，因此水力坡度Ｊ、测压管坡度Ｊp及渠底坡度i三者相等。Ｊ＝Ｊp＝ｉ
三、明渠均匀流的发生条件：1、属恒定流，流量沿程不变。2、长直的棱柱形顺坡（i&0）渠道。3、渠道糙率n及底坡i沿程不变。
四、尼古拉兹曲线发现，沿程阻力系数的变化可分为五个阻力流区。P85
I区——层流区
II区——层流向紊流转变的过渡区
III区——水力光滑区
IV区——紊流水力光滑区与水力粗糙区之间的紊流过渡区
V区——紊流水力粗糙区 五、河段分类：
1：山区河流的河段类型
（1）峡谷河段
（2）开阔河段
2：平原区河流的河段类型
（1）顺直微弯河段
（2）分叉河段
（3）弯曲河段及宽滩河段
（4）游荡河段
3：山区前河流的河段类型
（1)山区前变迁河段
（2)冲积漫流河段
4：河口河段类型
（1）三角港河口
（2）三角洲河口
按照河床稳定程度，还可分为：
（1）稳定河段
（2）次稳定河段
（3）不稳定河段
六、河床形态变化的类型：
河床的几何形状，称为河床形态。河床形态变化称为河床演变，它是河床泥沙运动的结果，有两种类型：P229
（1）纵向变形——河床沿水流方向的高程变化，称为河床的纵向变形，它是河流纵向输沙不平衡造成的结果。
（2）横向变形——河湾发展，河槽扩宽，塌岸，分汊，改道等河床平面形态，统称为横向变形。
河床演变的影响因素：
（1）流域的产沙条件
（2）流量变化
（3）河床土质
（4）水流比降
（5）副流作用
（6）人类活动因素
七、小桥涵的设计原则：
（1）符合安全，经济，适用，美观的统一；适应所在公路的等级标准，性质，使用任务及未来的发展
（2）因地制宜，就地取材，便于施工养护
（3）有利于生态环保，密切配合当地农田水利，避免淹田，毁田，破坏排灌系统 勘探设计内容：
（1）小桥涵位置及类型选择
（2）水文资料收集整理与分析计算，确定设计流量与设计水位
（3）水利计算：1：小桥孔径计算2：河床加固类型与尺寸计算3：桥涵前壅水高度计算4：进出口沟床的防护与处理措施
（4）标准图使用
（5）工程量计算与设计文件编制
八、小桥涵位置择位原则：
（1）服从路线走向
（2）逢沟设桥或涵
（3）适应路线平纵并与路基排水系统协调
（4）小桥轴线应与河沟流向垂直；涵洞轴线应与水流方向一致，使进出口水流平顺畅道
（5）河段的河床地质良好，河道顺直
（6）主体及附属工程的全部工程量最小，造价最低
小桥定位与布设
1、 服从路线走向。但是小桥工程量较大， 定位时容许对路线作适当调整并按小桥 需要选
择跨河桥位。
2、 轴线应与洪水主流方向正交。否则应使 墩台轴线与水流方向平行，以减小水流 对墩台
3、 桥位应布设在顺直河段。当遇河湾时，应择位 于河湾的上游。万一必须在河湾下游跨
河时， 桥位应远离河湾，其距离应在11.5倍河宽以外
4、 桥位应布设在地质良好、承载力大的河段，避免通过淤泥沉积地段。
5、 桥位应布设在河宽小、滩窄而高、汊流少的河段。当必须通过支流汇合口时，应在支流
汇 合口的下游跨越并远离汇合口。
6、 跨越溪沟时，桥位应在大河倒灌水位线的范围以外。
7、 桥位布设在两岸地质良好、土石方少的地方，有利与路线的平顺衔接。
8、 对于沿溪路线，应有较好的线形条件。
九、山区河流的桥孔布设
1、)峡谷河段 一般宜单孔跨越峡谷急流。桥面高程根据设计洪水位，结 合两岸地形和路线等条件确定。
2、开阔河段 可适当压缩河滩。河滩路堤宜与洪水主流流向正交，否则 应增设调治工程。
十、平原河流的桥孔布设
1、顺直微弯河段：桥孔和墩台布设应考虑河槽内边滩下移，主槽在河槽内摆动的影响。
2、弯曲河段：通过河床演变调查，预测河弯发展和深泓变化，考虑河槽凹岸水流集中冲刷发展和凸岸淤积等对桥孔及墩台的影响。
3、滩槽较稳定的分汉河段：若多年流量分配基本稳定，可考虑布设一河多桥。桥孔布设应预计各汊流流量分配比例的变化，设置同流量分配相对应的导流构造物。
4、宽滩河段：桥孔可根据桥位上下游主流趋势及洪水深泓线摆动范围布设，允许对河滩有较大压缩，但应注意壅水对上游的影响。若河汊稳定又不宜导人桥孔时，可考虑修建一河多桥。
5、游荡河段：桥孔不宜过多压缩河床，应结合当地治理规划，辅以调治工程，在深泓线可能摆动的范围内，均宜设置桥孔。
十一、山前区河流桥孔布设
1、山前变迁性河段：允许桥孔较大地压缩河滩，但要辅以适当的调治构造物。桥轴线应与河岸线或洪水总趋势正交，河滩路堤一般不宜设 置小桥和涵洞。若采用一河多桥方案，则应堵截临近主河槽的支汊。
2、冲积漫流河段：桥孔宜在河流上游狭窄段或下游收缩段跨越。若在河床宽阔、水流具有显著分支处跨越，可采用一河多桥方案。桥下净空应考虑 河床淤积影响。
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△Z=η(vM-v0) P285 12-18
η---指水流阻力系数(表12-6)
Vm---桥下断面设计平均流速，（表12-7）
Vo---桥前河道断面平均流速
桥前△Z壅水曲线段全长，可按二次抛物线计：
22△Z=η(vM-v0)
（2）桥下最大壅水高度△Z`， 一般取△Z`=1/2 △Z
山区和半山区河流：△Z`=△Z
平原河流：△Z`=0
（3）波浪方程hL
1o应用条件：当桥前为水库、湖泊、设计洪水持续很长时的河流时才考虑计入浪高。2o计算，可按12-19经验公式，也可查《公路桥经勘测设计规范》计算桥位标高时，通常以流高的三分之二计入。
（4）水拱高h△
常见于半山区或山前区狭谷山口，通常按现场调查决定。
（5）河湾横比降超高Z
&凹岸高，凸岸低&
可近似按下式计算
P=P0+γ(z0-z)=po+γh
（6）河床淤积高度
在决定桥下净空时应予考虑，通常均由调查实测确定。
7、桥面标高的影响因素
应满足泄流、通航、流冰、流水的要求并考虑桥产壅水高度、波浪高度、水拱高度、河湾水位超高河床淤积影响。
8、桥面标高的计算公式
（1）非通航河流
Hmin=Hp+∑?h+?hj+?hD
（2）通航河流
Htmin=HTP+HM+?hD
9、调治构造物作用
调治构造物的作用是调节水流、整治河道，使通过桥孔的水流均匀顺畅，防止桥位附近河床和河岸产生不利变形，以确保附近农田免糟水害，确保桥梁墩台和桥头孔道的正常运用。
10、调治构造物分类
按其对水流的作用，可分为三类
（1）导流构造物
（2）挑流构造物
（3）底流调治构造物
桥梁墩台冲刷计算
二、有关名词解释
1、河床自然冲刷
河床在水力作用下及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象，称为河床自然冲刷
2、桥下断面一般冲刷
桥一河床全断面发生的冲刷现象
3、一般冲刷深度
通常取一般冲刷停止时的桥下最大铅垂水深，以符号hp表示
4、墩台局部冲刷
桥下河床全断面发生的冲刷现象为一般冲刷；而水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象
5、墩台局部冲刷深度
冲刷坑最大深度常用符号hb表示
6、桥下河槽最低冲刷线
桥梁墩台处河床自然演变等因素冲刷深度△h，一般冲刷深度hp及局部冲刷深度hb三者全部完成后的最大水深线，称为桥下河槽最低冲刷线
三、主要知识点
1、墩台冲刷现象的类型
（1）河床自然演变冲刷
（2）桥下断面一般冲刷
（3）墩台局部冲刷
2、 桥下断面一般冲刷深度计算
常用的经验公式有64-1公式与64-2公式以及包尔达可夫公式。
3、 墩台局部冲刷深度计算公式
（1）、65-1公式（1991）
（2）、65-2公式（1991）
（3）、包尔达可夫公式
4、桥下河槽最低冲刷线计算
hs =hp+hb+△h
hs―桥下综合冲刷最大深
Hp―设计水位
Hs―桥下最低冲刷线高程
△ c―基础埋深安全值
5、桥位设计应收集的水文资料及有关计算项目：
答：（一）应收集的水文资料
（1）历年实测洪峰流量，桥梁类别及等级
（2）桥位河床断面图及河段平面图
（3）水位流量关系曲线，水位面积曲线及水位流速曲线，洪水泛滥边界及宽度；
（4）河床泥砂组成及不均粒径，滩、槽糙率
（5）河段类型
（6）河流含沙量、风向、风速气温、降水、冰凌，冰雪覆盖深度，航道等级。船舶净空要求及附近桥梁和水工建筑物资料等。
（二）有关计算项目
（1）孔径计算---桥长计算
（2）各种水面升高值及桥面标高计算；
（3）桥梁墩台冲刷计算，桥下最低冲刷线及其础埋置高程计算。
小桥涵勘测设计
二、主要知识点：
1、小桥涵设计原则
（1）安全、适用、经济、美观
（2）因地制宜，就地取材，便于施工养护
（3）密切配合当地农田水利，满足家男排灌要求。
2、设涵位置及辅助措施
（1）平原区涵位
3 o改沟涵（图14-2）
（2）山岭地区涵位
1 o顺沟设涵
2 o变坡点设涵
3 o高地山内侧截水沟及路基排水边沟出口应设涵。（图14-4）
4 o陡坡急弯处
6 o并沟设涵
7 o改涵为明沟
8 o在河湾处设涵
3、小桥涵勘测水文计算方法
（1）暴雨径流法
由降水资料推求设计流量与水位
（2）形态调查法
由现场勘测推求设计流量与水位
（3）直接类比法
按类比确定设计流量与水位，按已成桥的经验确定小桥涵孔径。
4、小桥涵分类
①、按材料分
（4）钢筋砼涵
（5）其它材料涵
②、按构造型式分类
（直径0.5-1.5m）
（2）盖板涵（适用于低填土路基，可做成明涵）
（3）拱涵（就地取材，易于施工）
（4）箱涵（适用于软土地基，施工困难，造价高）
③、按洞顶填土情况分类：
（1）明涵：洞顶填土小于0.5m.
（2）暗涵：洞顶填土大于0.5m
④、按水力性能分类（图14-11
（1）无压涵洞（洞内水流具有自由表面）
（2）半压涵洞
（3）有压涵洞
⑤、按涵洞洞身型式分类
（1）平置式
（2）平置式阶梯涵
（3）斜置式坡涵
5、小桥涵适应用性
（1）小桥的适用性
跨越流量大，漂浮物多，有泥石、冲积堆、深沟陡岸、填土过高的河沟。
（2）涵洞的适用性。
流量小、漂浮物少，不受填土高度限制的河沟
6、 常见的涵洞类型及其特性
（1）石拱桥涵
1 o优点：可就地取材，造价低，易施工，结构坚固寿命长。
2 o缺点：建筑高度大，难以限制施工，难修复，工期长，地基要求高。
3 o适应性：适应于地基基础较好的地形。
（3）钢筋砼盖板涵
1 o优点：建筑高度小，不要填土高度限制。可预制拼装，施工简便，对基础要求不高，易于修复。
2 o缺点：钢材用量大，造价高。
3 o适应性：适用于高速公路，改建道路，流量大，填土高度受限制地段。（常用）
（4）钢筋砼箱法
1 o特点：造价高，施工困难
2 o较少用，适用于软弱地基
（5）钢筋砼圆管涵
1 o优点：力学性能好、构造简单、工期小、工程量小、施工方便
2 o缺点：清淤困难，流量少。
3 o适应性：适应于L在0.5-1.5，Q&10m3/s,小型涵洞常用类型。
7、小桥与大中桥孔径计算有什么不同
（1）、大中桥
孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下河床发生一定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度。
（2）、小桥
孔径计算以冲刷系数作控制条件，河床不容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑，桥孔的出流状态，按此确定桥孔长度。
8、小桥涵孔径设计的一般要求。
（1）、孔径计算通常考虑护砌，水力计算的容许不冲刷流速作控制。
（2）、孔径必须保证安全泄洪，满足交通，灌溉，便于施工与养护。
（3）、孔径由水力计算提出基本尺寸，并经综合考虑流域水文特征，沟槽形态、地质特点，冲淤情况及人类活动影响等因素选定。
（4）、尽量采用标准跨径。
（5）、孔径型式在同一区段内应力求简化，便于施工养护。
（6）、涵洞一般应设计成无压流，以防渗漏危及路堤。
（7）、涵洞可设计成单孔或双孔，不宜采用多孔形式。（防止流量分配不均匀超过设计标准）
（8）、为便于养护维修，按《桥规规定》
hd=1m时，L≤15m(hd---净高)
hd=1.25m时，L≤25m
hd=1.5m时，长度不受限制
灌溉上的涵洞，可采用hd=0.75m
hd&1m时，L≤10m
hd≥1m时，L≤15m
9、小桥桥孔长度计算
（1）自由出流
1o桥孔长度计算公式：（14-11）P325
多孔桥长：L=Bk+2m△h+Nd
L=B+2m△h+Nd
单孔桥长Lj=B+2m△h
2 o桥下为矩形断面时：单孔桥长：Lj=B
多孔桥长：Lj=B+Nd.
(2)淹没出流
1 oB过水断面平均宽计算（14-12）
单孔桥长：Lj=B+2m(1/2ht+△h)
多孔桥长：L=B+2m(1/2ht+△h)+Nd
2o桥下为矩形断面时
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