为了研究小颗粒石料的护岸效果,采用水槽试验的手段对其进行了研究。水槽试验是在长40m,宽2.5m,高1.0m的水槽中进行的。水槽模型设计考虑水平方向与垂直方向比尺相等,其比尺为1∶40。
模型使用的小颗粒石料的粒径为D50=4.2mm(原型D50=16.8mm),比重为γs=2.65t/m3。小颗粒石料护岸工程试验分两种方案进行。
方案一:三层均匀铺护,防冲石方量按0.3m(原型12m) 宽、六层厚(原型1.0m)考虑。试验过程中,发现在水流作用下河床纵向不断冲刷下切,坡脚前沿河床冲刷,坡度变陡,由附近上层碎石下滑填补,形成新的碎石覆盖层坡度,一般在1∶1.52~1∶2.05之间。同时坡面上的碎石也在调整,但调整幅度比大颗粒块石的要小,主要是因为小颗粒碎石对近底水流的扰动要小,加上小颗粒在铺护过程中易密实,颗粒之间及颗粒与床面之间孔隙尺度小。经过一段时间的水流作用后,坡角前沿的岸坡通过冲刷调整,由防冲石料覆盖,趋于稳定,因此,护岸工程也趋于稳定,护岸效果较好(图8-27)。
方案二:石方量按三层控制,但在坡面上为不均匀铺护,小颗粒石料覆盖率为80%,防冲石方量同上。试验过程中发现,在水流作用下河床纵向不断下切,坡脚前沿河床冲刷,坡度变陡,由附近上层碎石下滑填补,形成新的碎石覆盖层坡度,其坡度大小与均匀铺护方案基本一致。同时坡面上的碎石也在调整,调整幅度大于均匀铺护方案,主要是因空隙处的部分泥沙被掏刷,由附近上层的碎石填补。这样,使坡面的碎石分布趋于均匀密实,仅在坡面上层形成较小范围的缝隙,可通过接坡石填补,形成相对比较稳定的护岸工程。(www.daowen.com)
图8-27 小颗粒石料三层均匀铺护试验前后变化图
(a)试验前;(b)试验后
根据上述试验现象与结果分析,小颗粒石料的护岸效果比块石和较大的散粒体实体护岸材料要好,主要原因是小颗粒在水流作用下更易调整与密实,对近底水流扰动相对较小,有利于河床泥沙不被掏刷。当然,其前提条件是小颗粒块石在同样水流条件下不能起动。
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