JTS-T-231-8-2018内河航道整治建筑物模拟技术规程

内河航道整治建筑物模拟技术规程2018-05-15发布2018-07-01实施中华人民共和国交通运输部发布JTS/T231—8—2018施行日期：2018年7月1日交通运输部关于发布2018年第51号程推荐性行业标准，标准代码为JTS/T231—8—2018,自2018年7月1日起施行，由交通运输部水运局负责管理和解释。特此公告。2018年5月15日制定说明根据《交通运输部关于下达2013年水运工程建设标准制定、修订项目计划的通知》 (交水发〔2013〕462号)要求，交通运输部水运局组织重庆交通大学等有关单位开展了《内河航道整治建筑物模拟技术规程》的编制工作。本规程是在广泛调查研究的基础上，本规程共分7章和3个附录，并附条文说明，主要包括整治建筑物模型设计及制作、整治建筑物水力特性模型试验、整治建筑物稳定模型试验和整治建筑物水动力数值模拟科学研究院和交通运输部天津水运工程科学研究所。1 3.1研究大纲 3.2资料记录及整理 3.3研究报告编写 4.1一般规定 4.2基本资料 4.3整治建筑物模型设计及模拟材料 4.4整治建筑物模型制作及安装 (7)5.1一般规定 5.2基本资料 5.3模型设计 5.4试验条件 5.5试验设备和量测仪器 5.6试验内容和方法 5.7资料整理和分析 6.1一般规定 6.2基本资料 6.3模型设计与制作 6.4试验条件 6.5试验设备和量测仪器 6.6试验内容和方法 6.7资料整理和分析 7整治建筑物水动力数值模拟 7.1一般规定 7.2基本资料 内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231-8—2018)27.3整治建筑物数值模拟方法 7.4定解条件 7.5计算域的确定及网格剖分 7.6模型率定及验证 7.7计算及成果分析 附录A非恒定水流试验模拟方法 A.1非恒定流过程的确定 A.2非恒定水流试验模拟方法 附录B航道整治建筑物三维数学模型 B.1三维控制方程 B.2三维控制方程离散 附录C本规程用词说明 引用标准名录 总校人员和管理组人员名单 条文说明 11.0.1为规范内河航道整治建筑物模拟工作，提高模拟研究成果质量，为内河航道整治道整治建筑物及其与附近水沙运动相互影响的物理模型和数学模型研究。规定。22.0.1航道整治建筑物ChannelRegulationStructures2.0.2模拟技术SimulationTechnique模仿自然界物质运动和变化规律的技术，包括物理模型和数值模拟两种方法。2.0.3软体排FlexibleMattress由土工合成材料及压载材料组成的用于护底或护滩的排体结构。2.0.4透水框架PermeableFramework由多根杆件连接组成，具有一定空隙的散体框架堆积防冲结构。2.0.5整治建筑物失稳RegulationStructureDamage整治建筑物在水流冲击力作用下发生直接破坏或因河床冲刷等原因造成间接破坏所引起的局部或整体功能失效。2.0.6概化模型GeneralizationModel按照相似条件，将模拟研究的复杂对象近似概化成一个等效的模型。2.0.7正态模型NormalModel 3基本规定34建筑物模拟材料的选择，模型平面布置及试验仪器设备等；数值模拟方法包括水流泥沙的3.3.3.3结论应包括研究的主要结论和建议。中处。图中应少用文字说明，宜用阿拉伯数字标以图注号，图注的文字应列于图的正3.3.5研究工作结束后，所用的原型观测数据、案管理要求整理归档。 4整治建筑物模型设计及制作54整治建筑物模型设计及制作材料。内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)64.4.4模型软体排压载体与排垫的联接方式宜与原型一致，当受制作方式限制时方式可概化处理。4.4.5整治建筑物模型制作精度控制应满足下列要求：(1)整治建筑物模型的几何尺寸允许偏差±1.5mm;(2)整治建筑物模型的主要构件尺寸允许偏差±1.0mm;(3)整治建筑物模型的主要构件水下重量控制允许偏差±5%。4.4.6整治建筑物模型安装精度控制应满足下列要求：(1)整治建筑物模型高程允许偏差±0.3mm;(2)水准基点和测针零点允许偏差±0.1mm;(3)地形高程允许偏差±1.0mm,平面位置允许偏差±5.0mm;4.4.7模型制作校核应符合下列规定。 75整治建筑物水力特性模型试验5.1.1研究整治建筑物周围水流结构时，应进行整治建筑物水力特性模型试验。5.1.2整治建筑物水力特性应在正态概化模型或局部模型中进行试验。5.2.1模型试验制模地形图应符合下列规定。5.2.1.1制模地形图应为近期测图，测图范围应包括整治工程段及其进出口调节段，当进口段为弯道时应将范围加长至弯道以上河段。5.2.1.2整治河段地形资料，测图比例应根据河流大小、研究问题的性质确定，可采用1:1000～1:5000,复杂地形局部区域宜采用1:200～1:500,测图应采用统一的基准面和坐标系。5.2.2模型试验水文资料应包括试验河段的水位、流速、流向和流量资料；不少于同一个要适当简化。5.3.1模型范围应包括试验段和非试验段，应根据试验目的、要求，并结合水流特性、航道情况及整治建筑物的影响确定。水和排水系统等。5.3.3模型应满足下列相似条件：几何相似重力相似阻力相似水流运动时间相似水流运动连续性相似内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)8式中λ——平面比尺；大于1000。232)的有关规定。5.4.1试验水流条件应根据工程河段水流特点和整治建筑物结构特点确定。试验流量5.5.2.2非恒定流水位测量宜采用自动跟踪式水位计或超声波水位计，允许偏差 5整治建筑物水力特性模型试验9±0.5mm。5.5.2.3流速测量可根据试验目的和流速范围选用旋桨流速仪、超声多普勒流速仪、粒子成像流速仪或激光流速仪。采集系统等。5.5.2.7压力测量仪器精度要求不应低于0.5级，即额度量程的±0.5%。5.6试验内容和方法5.6.1航道整治建筑物水力特性试验应根据试验目的，结合整治建筑物的特征，确定试及其周围的压力分布情况。5.6.3非恒定流模型试验的方法可参照附录A。5.7资料整理和分析(2)整治建筑物周围水流流速流向分布；(3)整治建筑物周围水流紊动特性；(4)整治建筑物及其周围压力分布；(5)非恒定流试验补充分析整治建筑物周围瞬时最大比降、最大流速特征。5.7.2根据试验资料的分析，应总结归纳整治建筑物周围水动力特性及水流与整治建筑内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)6整治建筑物稳定模型试验起动相似 6整治建筑物稳定模型试验泥沙悬浮相似水流挟沙力相似λs.=λs河床变形相似6.3.3模型比尺的确定应符合下列规定。6.3.3.1整治建筑物稳定模型应采用正态模型，模型几何比尺、流速比尺、流量比尺应按第5.3节的规定确定。6.3.4模型沙选择及泥沙粒径比尺确定应符合现行行业标准《内河航道与港口水流泥度宜大于预计最大冲刷深度10cm～15cm。动床段宽度应大于整治建筑物的影响范围，量对应的模型流速应小于3倍模型沙起动流6.5.1.1模型沙起动、输移等相关参数宜采用水槽试验确定。对误差不应超过±10%。6.5.2.1测量范围大、冲淤变化复杂的地形测量可使用等高线法。6.5.2.2测点较少的地形测量可选用测针，测量精度±1.0mm。6.5.2.4测量冲刷界面反光强弱差别较大的河床可选用光电式地形仪，测量精度±0.5mm。触测量。 6.6.2整治建筑物水流运动特性试验内容和方法应符合第5.6节的有关规定。7整治建筑物水动力数值模拟7.1.1整治建筑物水动力数值模拟应采用三维水流数学模型。7.2.1建模地形图除应符合第5.2节的规定外，还应符合下列规定。7.2.1.1测图范围中，上下游边界应在工程区段基础上适当延长，当进口段为弯道时应将范围加长至弯道以上河段。7.2.1.2建模地形图的陆上地形应施测至两岸的堤岸或堤防，两岸为高山的，可测图至常年洪水位以上的高程。7.2.1.3水尺及测流断面位置应测绘于地形测图上。7.2.2水文资料除应符合第5.2节的规定外，还应符合下列规定。7.2.2.1试验河段内应有五个以上站位或水尺水位观测资料，其中最下游和入汇支流河口内有固定观测站资料。7.2.2.3固定水尺观测时段应根据滩性而定。7.2.2.4单一河段应有若干个断面的流速分布与流向资料，及每个断面上各测点沿水深流速分布资料。7.2.2.5汊流河段应有干流与各支汊若干个断面的流速分布与流向资料，及每个断面上各测点沿水深流速分布资料。7.3整治建筑物数值模拟方法7.3.1三维水流运动可按下列方程控制。连续方程x向动量方程 7整治建筑物水动力数值模拟7.3.5控制方程有限体(3)流量允许偏差±5%。 7.7计算及成果分析7.7.2模拟计算成果应图表化，整治建筑物周围三维流场及压强模拟应有可视化动态内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)附录A非恒定水流试验模拟方法A.2.3非恒定流过程的测量应采用可同时进行同步非恒定流流量、水位过程的监测附录B航道整治建筑物三维数学模型附录B航道整治建筑物三维数学模型B.1三维控制方程B.1.1利用自由液面和床面边界条件对连续方程沿水深积分处理得到的水位方程可按(B.1.1)(B.1.2)(B.1.3-1)(B.1.3-2)(B.1.3-3)内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231-8—2018)B.2三维控制方程离散附录C本规程用词说明21附录C本规程用词说明内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)22内河航道整治建筑物模拟技术规程 3基本规定 3.2资料记录及整理 4整治建筑物模型设计及制作 4.3整治建筑物模型设计及模拟材料 4.4整治建筑物模型制作及安装 5整治建筑物水力特性模型试验 5.1一般规定 5.2基本资料 5.3模型设计 5.4试验条件 5.5试验设备和量测仪器 5.6试验内容和方法 5.7资料整理和分析 6整治建筑物稳定模型试验 6.1一般规定 6.2基本资料 6.3模型设计与制作 6.4试验条件 6.5试验设备和量测仪器 6.6试验内容和方法 6.7资料整理和分析 7整治建筑物水动力数值模拟 7.1一般规定 7.2基本资料 7.3整治建筑物数值模拟方法 7.4定解条件 7.5计算域的确定及网格剖分 7.6模型率定及验证 7.7计算及成果分析 条文说明29成熟，直接影响了内河航道整治工程的建设和运行管理。内河航道整治建筑物模拟技术手段。为能充分地运用好航道整治建筑物模拟技术，规范和统一物理模型和数值模拟方1.0.2我国通航河流大部分受径流影响，其水流来源主要由雨水或冰雪融化汇合而成。受潮汐影响的河流特征与之差别较大，一般按照《海岸河口潮流泥沙模拟技术规程》(JTS/T231—2)有关规定执行。内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)30条文说明4整治建筑物模型设计及制作4.3整治建筑物模型设计及模拟材料求整治建筑物模型设计比尺不能过小。鉴于目前航道整治中应用较为广泛的建筑物构件小于1:60。4.3.3软体排排垫一般选用棉布来模拟，软体排压载体根据模型比尺不同一般选用铝4.3.4透水框架一般采用复合材料来模拟。4.4整治建筑物模型制作及安装4.4.4因对模型整治建筑物的变形不易量化，在形相似即可。4.4.5一般为便于整治建筑物模型加工、制作的方便及可行性，整治建筑物模型的几何比尺大于1:60,因此对整治建筑物模型制作时的几何尺寸、主要构件尺寸及主要构件水下重量控制的允许偏差要求较高。4.4.6主要考虑整治建筑物模型安装偏差对试验结果影响较大，因此其精度控制比地形严格。内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)特别是整治建筑物周围三维的水流现象是有局限的，因此整治建筑物水力特性的研究应5.2.1模型中进口段是试验河段之外上下游的水流调节段，由5.3.1非试验段是指水流的自动调节段，包括进口调节段和出口尾水了保证整治建筑物所在区域的水流运动与原型相似。5.3.4天然河流整治建筑物周围水流三维特征明显，为了使室内整治建筑物水力模型与5.4.1整治建筑物失稳主要与来水来沙及其自身结构密切相关，为了揭示整治建筑物失稳机理与水力特征因子之间的相互关系，应根据整治建筑物所在河段的水流特点及整治建筑物结构特点，确定不同的流量及水位等试验控制条件。整治建筑物破坏通常发生在5.4.2实际工程观测表明，在天然非恒定流特征明显的汛期或枢纽下泄非恒定流阶段，定流条件下的整治建筑物水力特性研究，以分析天然来流过程及枢纽下泄非恒定流条件条文说明在±0.5mm。信号采集系统等压力测量仪器，因此将精度控制不低于0.5级(即额度量程的±0.5%)。5.6.2整治建筑物主要受水流冲击力的作用而发生直接破坏和因河床冲刷而造成间接破坏，为了掌握整治建筑物结构受力变化，模型试验时除进行常规的整治建筑物周围水5.7资料整理和分析物失稳(变形、破坏)过程等观测资料，可分析水力特征参数与整治建筑物失稳之间的相内河航道整治建筑物模拟技术规程(JTS/T231—8—2018)6整治建筑物稳定模型试验6.1.1航道整治建筑物在水流冲击力作用下因周边河床冲刷等原因可能造成间接失稳破坏，如抛石坝周边局部冲刷引起坝体基础的成与发展，引起排边出现悬挂、塌陷等破坏。为研究整治建筑物的失稳(变形或破坏)以6.1.2当研究整治建筑物受水流冲击力作用下发生的直接破坏时，可采用定床模型进行6.2.1为了保证整治建筑物稳定模型试验成果的可靠性，需要收集工程河段相关的地6.3模型设计与制作6.3.1整治建筑物稳定模型需针对河床质组成情况进行模型设计，对河床质组成为颗粒对河床质组成为细沙的河段，河床以悬移质造床为主，模型应以悬移质运动为主进行6.3.2为了使室内整治建筑物稳定模型与原型有较好的相似性，模型设计时在保证水流运动相似与泥沙运动相似的基础上，还应保证整治建筑物的形态变形相似。整治建筑物一方面可保证建筑物的稳定性相似。整治建筑物的变形主要是指建筑物附近局部冲刷坑条文说明采用建筑物体积或位移的相似来反映。模型设计时应采用正态模型进行研究。整治建筑物稳定模型试验受条件限制一般只进行公式及冲淤时间比尺进行估算。要有足够的河槽宽度。根据Yalin对明渠水流侧壁的研究成果，河槽宽深比(B₁/h)大于56.4.1整治建筑物失稳通常发生在洪水期，因而流量级应选择洪水流量或洪水流量过程，有时建筑物设计时还需了解其他特定的流量级(如多年平均流量、整治流量)作用下6.4.2研究整治建筑物间接破坏的动床模型，为了掌握不利条件下的刷及建筑物变形破坏情况，通常进行清水极限冲刷试验。有时为了了解特定水文年水沙加沙量关系曲线进行控制。形变幅小于5%时，即可认为河床冲刷基本达到稳定状态。6.5试验设备和量测仪器6.5.1自然堆积法是一种测量粗颗粒泥沙水下休止角的方法，主要将粗颗