它是国内外广泛使用的测流速方法，是评定各种测流新方法精度的衡量标准。流速仪一般分为旋杯式和旋桨式两种，图2-18为旋杯式流速仪。用流速仪测流时，需要在测流断面上选择若干有代表性的垂线施测流速，称为测速垂线。流速仪测流开始和结束时，均应观测水位和比降，必要时还应增加观测次数。图2-19部分面积Ai、部分流速vi及部分流量qi计算示意图......
2023-11-20
冲止流速公式简介-桥涵水文学
【摘要】：桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速，称为冲止流速，以vz表示。式即为64-1公式，64-1公式是根据我国各类河段52座桥梁118站年实测洪水冲刷资料，参照国外同类公式，根据水力学的连续性原理，当一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深与桥下断面最大单宽流量之间关系，依据冲止流速的概念建立的一般冲刷计算公式。
桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速，称为冲止流速，以vz表示。64-1公式是根据桥下冲止流速的概念建立的，它认为桥下断面内的任一垂线，在一般冲刷过程中，垂线平均流速降低到该垂线的冲止流速时，冲刷即停止，一般冲刷深度达到最大，并且桥下所有垂线的冲刷都停止时，桥下断面的一般冲刷也就停止了。
根据水力学的连续性原理，一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深hP（m）与桥下断面最大单宽流量qmax（m3/s·m）之间的关系为
桥下断面的最大单宽流量qmax出现在桥下断面的最大水深hmax处，可根据桥下断面的平均单宽流量
推求。桥下断面的平均单宽流量对应着桥下断面的平均水深
，由谢才—曼宁公式可知，单宽流量与相应垂线水深的5/3次方成正比，故
桥下河床的冲止流速（vz），根据河流泥沙运动的特点，应按三种不同情况分别计算。
一般冲刷深度的计算，也相应分为三种方法。
1.非粘性土河槽
根据我国桥梁观测资料的分析结果，非粘性土河槽的冲止流速vz，可按式（6-22）计算：
式中 E——与汛期含沙量有关的系数，可查表6-2，表中含沙量ρ，应采用水文站多年汛期月最大含沙量平均值，缺少水文站资料时，可根据汛期实测资料或洪水调查资料来确定。
表6-2 E值表
注 含沙量ρ采用历年汛期月最大含沙量平均值。
非粘性土河槽内，有推移质运动，冲刷过程中又有上游来沙的补偿。随着一般冲刷的发展，桥下各垂线处的单宽流量将进行再分配，有向深水垂线集中的趋势，河槽越宽浅，越不稳定，单宽流量的集中趋势越强。采用单宽流量集中系数A表示其集中程度。
由式（6-19）、式（6-21）、式（6-22）整理得
式中各符号意义同前。
式（6-23）即为64-1公式，64-1公式是根据我国各类河段52座桥梁118站年实测洪水冲刷资料，参照国外同类公式，根据水力学的连续性原理，当一般冲刷停止时，桥下最大垂线水深与桥下断面最大单宽流量之间关系，依据冲止流速的概念建立的一般冲刷计算公式。它适用于推移质沙质河槽，经过多年的使用，尚能满足生产需要。新规范对64-1公式进行了修正，形成64-1的修正式，即
式中 Bcj——桥下河槽部分桥孔过水净宽，m，当桥下河槽扩宽至全桥时即为全桥桥孔过水净宽，即Bcj=Lj；
hcm——桥下冲刷前河槽最大水深，m；
——桥下冲刷前河槽平均水深，m；
——河槽泥沙平均粒径，mm；
E——与汛期含沙量有关的系数，按表6-2选用；
其他符号意义同前。
2.非粘性土河滩
桥孔只压缩部分河滩，河床土质又易于冲刷时，桥下河槽往往会扩宽，桥下河滩部分将被冲刷成河槽，则桥下断面的一般冲刷计算，可全部按河槽考虑。若经调查分析，河滩土质坚实比较稳定，确无被冲刷成河槽的可能性时，则桥下河滩部分的一般冲刷，应按河滩的特点进行计算。河滩部分无推移质运动，冲刷后没有上游来沙的补偿，冲刷过程中，单宽流量的再分配现象极微或没有，可不予考虑。桥下河滩的一般冲刷，当流速降低到非粘性土的不冲刷流速时才停止，其冲止流速应采用河滩土壤的容许不冲刷流速。由式（6-19）可知，桥下河滩部分的一般冲刷深度为
冲止流速为
式中 hP——桥下河滩部分一般冲刷最大水深，m；
——桥下河滩部分通过的设计流量，m3/s；按照式（6-27）计算：
——计算断面天然状态下河滩部分通过的流量，m3/s；
QP——设计流量，m3/s；
htm——桥下河滩最大水深，m；
——桥下河滩平均水深，m；
——河滩部分桥孔净长，m；(www.chuimin.cn)
vH1——河滩水深1m时非粘性土不冲刷流速，m/s，按表6-3选用。
表6-3 水深1m时非粘性土不冲刷流速表
3.粘性土河床的一般冲刷
我国铁路部门根据一定数量实际桥梁的资料，对粘性土河床的桥下一般冲刷进行了分析研究，于1979年提出了调查分析报告，阐述了粘性土河床冲刷的特点，认为冲止流速与粘性土的性质有直接关系，并推荐了试用公式。
按泥沙颗粒的大小进行分类，一般认为粒径小于0.05mm的泥沙，属于粘性土。粒径小于0.005mm的颗粒称为粘粒，按粘粒的含量（所占重量百分比）不同，粘性土又分为粘砂土、砂粘土和粘土。
粘性土的主要特点是颗粒很细，在颗粒表面形成很薄而且结合很牢的粘结水膜，粘滞性很大，使颗粒之间产生一定的粘结力。粘性土的抗冲能力决定于粘结力的大小，粘结力越大，抗冲能力越强。
粘性土的物理状态及性质，与含水量有密切关系，直接影响颗粒间粘结力的大小。含水量是土中所含水量与颗粒重量的比值（以百分数表示），粘性土随着含水量的增大，可以由固态变成流态，物理力学性质也随之而变化，其变化情况如下：
若粘性土的含水量极小，不足以形成粘结水膜，则颗粒分散无粘结力；若含水量过大，在分子力达到的水膜范围以外，还存在着自由水，粘结力反而减小，甚至变成流态。含水量越接近塑限，粘结力越大，抗冲能力也越强，含水量达到塑限时，则粘结力最大，抗冲能力最强。
流限含水量与塑限含水量的差值，称为塑性指数，以IP表示（IP=WL-WP）。塑性指数表示粘性土的可塑性大小，能反映粘性土的性质，是粘性土分类的指标，对颗粒间的粘结力也有影响。粘性土中含有颗粒极细的粘粒越多，形成的粘结水膜也越多，粘结力就越大；而且极细颗粒的含量越多，粘性土的可塑性就越大，塑性指数也越大。因此，塑性指数也能反映粘结力的大小，塑性指数越大，表示颗粒间的粘结力越大，抗冲能力越强。
粘性土的物理状态也可以由液性指数IL来表示：
式中 IL——粘性土的液性指数；
W0——粘性土的天然含水量；
WP——粘性土的塑限含水量；
WL——粘性土的流限含水量；
IP——粘性土的塑性指数。
由上述分析可知，以冲止流速vz表示黏性土的抗冲能力，对于不同种类、不同状态的粘性土，应有以下关系：
粘性土的冲止流速与液性指数的大小成反比关系。
另外，颗粒间的粘结力还与土的孔隙比e有关。孔隙比是土体中孔隙的体积与颗粒的体积之比，孔隙比越小，土体越密实，则粘结力越大，抗冲能力越强，粘性土的冲止流速与孔隙比的大小成反比关系。
《粘土桥渡冲刷天然资料分析报告》（铁道部粘土桥渡冲刷研究小组，1982年修订稿）在《铁路桥渡勘测设计规范》（TBJ17—86）和《铁路工程水文勘测设计规范》（TBJ 0017—99）的基础上给出下列粘性土河床的桥下一般计算公式。
（1）河槽部分：
冲止流速
一般冲刷后水深
上二式中 Bcj——桥下河槽过水净宽，m，当桥下河槽能扩宽至全桥时，即为全桥桥孔过水净宽；
A——单宽流量集中系数，取A=1.0～1.2；
IL——冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围为0.16～1.19；
其他符号意义同前。
（2）河滩部分：
冲止流速
一般冲刷后水深
式中符号含义同前。
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