围绕着砂砾石料的度汛保护及探索砂砾石料的冲刷界面，进行了一系列的度汛冲刷试验。汛期可能遭遇的流量（具体工况见表5-13），有72300m3/s（P=5%度汛设计流量）、66800m3/s（P=10%）、60300m3/s（P=20%）及45000m3/s（常遇流量）。同时考虑到度汛保护措施，对垫底砂砾石料不同高程的冲刷效果进行了研究。

在1∶100导流整体模型上进行了砂砾石料的局部动床冲刷试验，用天然砂（0.1～1.0mm）近似模拟原型砂砾石料（相当原型10～100mm），即模拟了原型粗料部分。

各工况平抛垫底区水力学参数详见表5-13。

1.工况一、工况二冲刷试验成果

工况一、工况二试验流量均为度汛冲刷流量72300m3/s，不同的是工况一上游围堰石渣与砂砾石垫底未设置高低坎，均为40.0m高程。工况二上游围堰左侧设置5.0m高低坎，右侧未设置高低坎均为40.0m高程，目的是探索设置高低坎对度汛保护的作用。

图5-14为上游围堰砂砾石料冲刷特性图。

图5-14　Q=72300m3/s上游围堰砂砾石料冲刷特性图

——砂砾料垫底高程40.0m；---砂砾料垫底；左部高程35.0m；右部高程40.0m

据上游围堰轴线及围堰轴线上27m断面的冲刷剖面可知，工况二比工况一的冲刷情况明显要好。砂砾石垫底部位左侧（以龙中线为分界）设置高低坎比不设置高低坎冲刷程度要好，说明未设置高低坎时比设置高低坎多抛投的底料均将被冲走，且冲刷程度较设置高低坎严重。虽然右侧均未设置高低坎，但工况二较工况一冲刷程度要轻。

从上游围堰顺水流方向的冲刷剖面可知，工况二未设置高低坎的右侧相对工况一冲刷程度要轻，设置高低坎的左侧比较工况一相同部位未设高低坎时冲刷程度较轻，且冲刷面较平滑。设置高低坎后上游冲失砂砾石部分回填至坎前，且围堰防渗墙处下切约1.0～2.0m。未设置高低坎时，冲刷面沿程下切，冲失砂砾石料均冲至石渣埂上或下游形成流失，且围堰防渗墙处下切3.0～4.0m，与设置5.0m高低坎相比较防渗墙处冲刷高程相近。

图5-15为下游围堰砂砾石料冲刷特性图，由于均设置5.0m高低坎且铺设一致，因此其冲刷情况几乎相同。围堰防渗墙处冲深约1.0m，冲刷面亦是流线型。

图5-15　Q=72300m3/s下游围堰砂砾石料冲刷特性图

——上游砂砾料垫底高程40m；---上游砂砾料垫底左部高程35m；右部高程40m坡面线横坐标表示砂砾料坡顶至坡脚距离，以石渣垫底上缘为0

以上两工况的定性冲刷试验成果表明：设置5.0m的高低坎对砂砾石料的度汛保护有较好的效果；不管设置高低坎与否其冲刷面均呈流线型；设置5.0m的高低坎比较未设高低坎于围堰防渗墙处冲刷高程相差约2.0m。

2.工况三、四、五冲刷试验成果

工况三、四、五度汛流量分别为66800m3/s、60300m3/s、45000m3/s，上下游围堰砂砾石铺设条件同工况二，各工况冲刷地形特性分别见图5-16、图5-17。(www.daowen.com)

图5-16　Q=72300m3/s、66800m3/s、60800m3/s、45000m3/s各级流量上游围堰冲刷成果图

——Q=45000m3/s；---Q=60800m3/s；—-—Q=66800m3/s；—-—Q=72300m3/s砂砾石垫底上围堰左部高程35.0m，右部高程40.0m；下游围堰高程35.0m，砂砾石坡面线横坐标表示砂砾料坡顶至坡脚距离，以石渣垫底上缘为0

由图5-16可知，上游围堰轴线断面及上游围堰轴线上27m断面随着度汛流量的增加，冲刷深度不断增加，冲刷规律基本一致，上游围堰轴线断面右侧略冲，最大冲深约4～5m，左侧有冲有淤，最大局部冲深2.0m。常遇流量45000m2/s时左侧最大冲深0.5～1.0m，右侧为2.0～2.5m，上27m断面普遍冲刷，常遇流量下冲深1.0～2.5m。度汛流量72300m3/s时，冲深为左侧3.0m，右侧5.0m。由上游围堰顺水流向冲刷剖面可知，随流量增加冲刷深度逐渐增加，比较试验铺设形状，无高低坎比有高低坎冲失量大，且有无高低坎其最终冲刷坡面高程相近，设置高低坎的冲刷面在防渗墙处比未设置高低坎略低，约1.0～2.0m。度汛流量越小，两冲刷曲线越接近；在围堰防渗墙处，冲刷下切深度随流量增加（45000m3/s、60300m3/s、66800m3/s、72300m3/s）而逐渐增加（1.0m、2.0m、2.5m、3.5m）；设置高低坎时该处冲刷下切深度随流量增加而逐渐增加（+2.0m、+1.0m、-0.5m、-1.5m）。

图5-17　Q=72300m3/s、66800m3/s、60800m3/s、45000m3/s各级流量下游围堰冲刷成果图

——Q=45000m3/s；---Q=60800m3/s；—-—Q=66800m3/s；—-—Q=72300m3/s

图5-17为下游围堰度汛冲刷图，其冲刷基本规律同上游围堰，冲刷程度较轻，甚至在常遇流量45000m3/s时，在围堰防渗墙处略有淤高。

总之，通过以上各工况度汛试验成果可得出以下基本结论：

各级流量下，未设置高低坎比设置5.0m高低坎冲刷程度严重。坎高5.0m能有效地起到度汛保护作用。从试验成果看，5.0m高低坎坎前淤而不冲，且防渗墙轴线处略有淤积，最大局部冲刷仅1.5m，坎高超过一定数值之后，可能会产生坎前横轴漩滚而引起坎前的冲刷。故5.0m坎高较理想。各级流量下砂砾石料冲刷地形均为一流线型反坡，也即不管设置高低坎与否，在一定的下游石渣埂高程情况下，其围堰防渗墙处的冲刷高程比较接近。未设置坎高所产生的砂砾石冲失量比设置坎高时要大得多。说明在砂砾石料的度汛保护措施中，“5.0m坎”的作用是巨大的。虽然本阶段试验还不能明确在一定流量下的冲失比例，但对砂砾石料的冲刷形态、度汛保护措施做了有益的探索，提出了合理的“5.0m坎”度汛保护方案。

3.石块保护度汛试验研究

由上述系列度汛试验成果可知：各级流量下，砂砾石料顺水流冲刷形成一个流线型反坡，砂砾石料头部顶冲面冲刷较严重，通过水力学原理及冲刷机理分析，欲使砂砾石料在汛期得到冲刷保护，须先保护好砂砾石堆料迎流顶冲面。对于上游围堰，可在堰体上游渣堤附近抛投一定量的中小块石，抛投块石高度略低于被保护的砂砾石料高度。对下游围堰，可在下游戗堤部位抛投中小块石料。在该处预抛的块石料同样也能减轻后期施工强度，减缓戗堤进占时堤头坍塌的程度。这个方案的缺点是：在砂砾石料上游部位抛投块石料，担心抛投施工及度汛期间，块石落入防渗墙区。同时施工工期紧，而施工工程量大。

图5-18为另一种度汛保护方案。

图5-18　度汛保护方案

砂砾石料仍用0.1～1.0mm天然砂来模拟，在72300m3/s的度汛流量下（砂砾石料的铺设同上度汛试验）冲刷成果见图5-19。由图5-19可知：该措施度汛保护效果较好，72300m3/s流量的冲刷状况仅相当于设置高低坎时45000 m3/s流量的冲刷。据块石漂距试验成果，就3～4月份长江流量及相应施工区抛投环境，中小石料抛投分布范围较稳定，易于抛投到位，同时选用中小石料保护，能在度汛流量下不至于被冲走。该方案既有利于截流，又具有良好的度汛保护效果。

上述研究基本明确了冲刷面的形式及两种度汛保护措施效果。由于模拟相似性的困难，还不能确定冲失量多大，由于冲刷面形成及度汛保护效果，围堰防渗墙处砂砾石料的冲深有限，据已进行的试验成果分析，不会对截流后期施工产生太大影响。下面运用河流泥沙的观点进一步研究其度汛保护效果。

图5-19　石渣保护法度汛冲刷成果图

上游砂砾石垫底加石渣保护，天然砂模拟，垫底左部高程35.0m，右部高程40.0m，下游砂砾料垫底高程35.0m，坡面线横坐标表示坡顶至坡脚距离，以石渣垫底上缘为0