马蹄形旋涡作用下桥墩冲刷坑内石块起动

根据Stokes定理对马蹄形旋涡进行等效分析,得到冲刷坑内从迎水面开始不同角度的等效旋涡强度,并推导马蹄形旋涡对石块的吸附力,计算石块在冲刷坑中的受力及起动时的临界直径。计算结果表明,从迎水面开始的0°至75°,冲刷坑内的等效旋涡强度逐渐减小;在75°至90°,等效旋涡强度出现振荡,但变化幅度较小。从0°至90°,石块承受的旋涡吸附力和切向动水压力的绝对值均先增大后减小,旋涡吸附力绝对值在45°时达到最大值,切向动水压力的绝对值在37°达到最大值,且在72°时方向发生反转。从0°至90°,石块的临界直径先减小后增大,最小临界直径位于35°至45°的范围。在0°至74°,如石块小于临界直径但大于河床泥沙的起动直径,则石块更稳定;在74°至90°,如石块大于临界直径,则石块更稳定。采用抛石防护时,对于不同角度位置,宜采用不同直径的石块,且在桥墩的上游部位防护直径不宜过大。