冰蓋條件下橋墩局部沖刷研究進(jìn)展

王 軍，蘇奕壘，侯智星，程鐵杰，隋覺義

（1. 合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.Environmental Engineering，University of Northern British Columbia，Prince George，Canada.）

1 研究背景

冰蓋或冰塞的出現(xiàn)，改變了河流的邊界條件、水流條件和河床泥沙的運(yùn)動狀態(tài)，通過相同流量時(shí)，冰塞上游水位顯著增高，冰塞河段上下游形成較大的水位差，嚴(yán)重時(shí)會誘發(fā)凌洪災(zāi)害[1-3]。2006年，北美洲因冰塞導(dǎo)致的凌洪災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2.6億美元[4]。黃河寧蒙河段冰凌災(zāi)害發(fā)生頻繁，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，在1951—2010年間就有30年發(fā)生凌汛災(zāi)害，給沿岸居民造成了巨大的損失[5]。黑龍江流域局部河段幾乎年年形成卡封，每3年左右時(shí)間形成一次較大規(guī)模的冰壩[6]。這些冰情所誘發(fā)的高水位和流量的變化可能導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)害或威脅，相關(guān)學(xué)者們給予了廣泛的研究和關(guān)注[7-9]。

橋梁作為跨江、河、海的人工建筑物，往往由于自然災(zāi)害、安全設(shè)計(jì)達(dá)不到要求以及后期防護(hù)不力等原因造成破壞。根據(jù)Imhof[10]在全球范圍內(nèi)收集的大量數(shù)據(jù)顯示，在因自然災(zāi)害導(dǎo)致橋梁破壞的總體比例中約有60%是由洪水或沖刷原因造成的。Wardhana和Hadipriono[11]研究了1989年至2000年間美國的503次橋梁毀壞，其中與水流沖刷有關(guān)的事故高達(dá)243次。Kandasamy和Melville研究表明，在Bola龍卷風(fēng)期間發(fā)生破壞的10座橋梁中有6座與橋墩沖刷有關(guān)[12]。2010年，湖南省高速公路管理局對320余座橋梁進(jìn)行水下檢查，檢查結(jié)果表明：大多數(shù)橋墩存在不同程度的沖刷現(xiàn)象，威脅著橋梁結(jié)構(gòu)和使用者的安全[13]。

寒冷地區(qū)橋梁的建設(shè)與冰塞演變過程緊密相關(guān)。1987年4月紐約州高速公路上的斯科哈里溪大橋倒塌，10人因事故喪生，5輛車墜入河中，事故的主要原因?yàn)闃蚨栈A(chǔ)被冰蓋下水流沖刷導(dǎo)致破壞[14]。……