基于数值模拟的桩林坝绕流冲刷研究.pdf

摘要

汶川地震后地质灾害频发，国家及地方开展了大规模的地质灾害工程治理项目，

一定程度上遏制了泥石流等地质灾害的发展。然而据调查显示，在强降雨作用下，大

规模的泥石流活动导致各地治理工程受到不同程度的损坏，已部分或全部失去防灾减

灾作用。其中，北川县杨家沟在“6.25”特大暴雨事件中发生大规模泥石流，布设在

主沟沟道内的桩林坝损毁尤为严重。

根据现场实际调查，由于原沟道堆积物松散，在泥石流强烈的冲刷侵蚀作用下，

9～11#桩林坝的桩基大范围出露、悬空，从而发生倾倒变形、牵引破坏。而在整个冲

刷过程中，桩林坝的冲刷形式则是与桥墩局部的绕流冲刷类似：流体在通过水下基础

时受阻发生绕流，形成复杂多重的旋涡体系，进而产生高强度紊动，使得桩基周围产

生强烈的冲刷。

结合桩林坝的绕流特征和泥石流特性，本文采用数值模拟计算的方法与野外现场

调查以及理论分析相结合，对不同布置形式（桩间距、排间距、防护措施和单排桩等）

的桩林坝模型，探讨不同影响因素下（泥深、流速、沟道纵坡降）桩林坝冲刷侵蚀规

律，得到了与其相适的冲刷模型，并得出以下主要结论：

1）泥深、流速和沟道纵坡降与冲刷深度呈现正相关。在桩林坝的工程设计当中，

桩林坝工程的选址上应尽量选择宽阔（泥深相对较小，≤2.5m）流速较低（≤4.5m/s）

的沟段布设，应着重考虑沟道纵坡降对泥石流冲刷侵蚀的影响，宜在沟道纵坡降＜

105.1‰（6°）范围内应用。

2）单排桩不同桩间距的侵蚀变化与多排桩得出的规律相反，当桩间距增大时

（1.5～2.5m），泥石流对沟道的侵蚀也随之增大，但单排桩的冲刷深度及侵蚀规模均

小于多排桩。多排桩在排间距一定的情况下，桩间距（1.5～2.5m范围）越大，泥石

流对于沟道的侵蚀越小；在桩间距一定的情况下，排间距的大小（2～2.5m范围）对

桩林坝的绕流冲刷影响有限；桩林坝的整体设计中桩林不宜过密。

3）有连梁的桩林坝前期冲刷形式与无连梁的不同。由于一次泥石流过流时长较

长，带连梁桩林坝最终是以绕流冲刷的形式达到桩基最大冲刷深度。结合沟道纵坡的

影响来看，在今后的工程设计当中带连梁的桩林坝适宜应用在相对平缓的沟道（≤

4°），亦可考虑适当加大底部连梁厚度。对于防止桩林坝桩基处的冲刷侵蚀，带高垂

裙的护坦在这几类防护措施中最为有效。

4）本文采用多元线性回归的方法对稀性泥石流绕流桩林坝的冲刷侵蚀深与控制

因素（桩群密度、泥深、流速以及沟道纵坡降）建立了最佳线性关系的回归模型，并

予以验证冲刷模型误差在允许范围之内，能满足于泥石流绕流桩林坝的冲刷深度计算。

关键词：杨家沟泥石流；桩林坝；绕流冲刷；数值模拟

论文类型：应用基础

shouldbewide(relativelysmallmuddepth,≤2.5m)andlowflowvelocity(≤4.5m/s).The

influenceoflongitudinalslopeondebrisflowerosionshouldbeconsidered,anditshouldbe

appliedwithintherangeoflongitudinalslope105.1‰(6°).

2)Theerosionvariationofdifferentpilespacinginsinglerowiscontrarytotherule

obtainedbymulti-rowpile.Whenthepilespacingincreases(1.5~2.5m),theerosionofdebris

flowtothechannelalsoincreases,buttheerosiondepthanderosionscaleofsinglerowpile

aresmallerthanthatofmulti-rowpile.Whentherowspacingofmulti-rowisfixed,thegreater

thepilespacing(1.5-2.5mrange),thesmallertheerosionofdebrisflowtothechannel;When

pilespacingisfixed,theinflue