內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程2018-05-15發(fā)布2018-07-01實施中華人民共和國交通運輸部發(fā)布JTS/T231—8—2018施行日期：2018年7月1日交通運輸部關于發(fā)布2018年第51號程推薦性行業(yè)標準，標準代碼為JTS/T231—8—2018,自2018年7月1日起施行，由交通運輸部水運局負責管理和解釋。特此公告。2018年5月15日制定說明根據(jù)《交通運輸部關于下達2013年水運工程建設標準制定、修訂項目計劃的通知》 (交水發(fā)〔2013〕462號)要求，交通運輸部水運局組織重慶交通大學等有關單位開展了《內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程》的編制工作。本規(guī)程是在廣泛調查研究的基礎上，本規(guī)程共分7章和3個附錄，并附條文說明，主要包括整治建筑物模型設計及制作、整治建筑物水力特性模型試驗、整治建筑物穩(wěn)定模型試驗和整治建筑物水動力數(shù)值模擬科學研究院和交通運輸部天津水運工程科學研究所。1 3.1研究大綱 3.2資料記錄及整理 3.3研究報告編寫 4.1一般規(guī)定 4.2基本資料 4.3整治建筑物模型設計及模擬材料 4.4整治建筑物模型制作及安裝 (7)5.1一般規(guī)定 5.2基本資料 5.3模型設計 5.4試驗條件 5.5試驗設備和量測儀器 5.6試驗內容和方法 5.7資料整理和分析 6.1一般規(guī)定 6.2基本資料 6.3模型設計與制作 6.4試驗條件 6.5試驗設備和量測儀器 6.6試驗內容和方法 6.7資料整理和分析 7整治建筑物水動力數(shù)值模擬 7.1一般規(guī)定 7.2基本資料 內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231-8—2018)27.3整治建筑物數(shù)值模擬方法 7.4定解條件 7.5計算域的確定及網格剖分 7.6模型率定及驗證 7.7計算及成果分析 附錄A非恒定水流試驗模擬方法 A.1非恒定流過程的確定 A.2非恒定水流試驗模擬方法 附錄B航道整治建筑物三維數(shù)學模型 B.1三維控制方程 B.2三維控制方程離散 附錄C本規(guī)程用詞說明 引用標準名錄 總校人員和管理組人員名單 條文說明 11.0.1為規(guī)范內河航道整治建筑物模擬工作，提高模擬研究成果質量，為內河航道整治道整治建筑物及其與附近水沙運動相互影響的物理模型和數(shù)學模型研究。規(guī)定。22.0.1航道整治建筑物ChannelRegulationStructures2.0.2模擬技術SimulationTechnique模仿自然界物質運動和變化規(guī)律的技術，包括物理模型和數(shù)值模擬兩種方法。2.0.3軟體排FlexibleMattress由土工合成材料及壓載材料組成的用于護底或護灘的排體結構。2.0.4透水框架PermeableFramework由多根桿件連接組成，具有一定空隙的散體框架堆積防沖結構。2.0.5整治建筑物失穩(wěn)RegulationStructureDamage整治建筑物在水流沖擊力作用下發(fā)生直接破壞或因河床沖刷等原因造成間接破壞所引起的局部或整體功能失效。2.0.6概化模型GeneralizationModel按照相似條件，將模擬研究的復雜對象近似概化成一個等效的模型。2.0.7正態(tài)模型NormalModel 3基本規(guī)定34建筑物模擬材料的選擇，模型平面布置及試驗儀器設備等；數(shù)值模擬方法包括水流泥沙的3.3.3.3結論應包括研究的主要結論和建議。中處。圖中應少用文字說明，宜用阿拉伯數(shù)字標以圖注號，圖注的文字應列于圖的正3.3.5研究工作結束后，所用的原型觀測數(shù)據(jù)、案管理要求整理歸檔。 4整治建筑物模型設計及制作54整治建筑物模型設計及制作材料。內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)64.4.4模型軟體排壓載體與排墊的聯(lián)接方式宜與原型一致，當受制作方式限制時方式可概化處理。4.4.5整治建筑物模型制作精度控制應滿足下列要求：(1)整治建筑物模型的幾何尺寸允許偏差±1.5mm;(2)整治建筑物模型的主要構件尺寸允許偏差±1.0mm;(3)整治建筑物模型的主要構件水下重量控制允許偏差±5%。4.4.6整治建筑物模型安裝精度控制應滿足下列要求：(1)整治建筑物模型高程允許偏差±0.3mm;(2)水準基點和測針零點允許偏差±0.1mm;(3)地形高程允許偏差±1.0mm,平面位置允許偏差±5.0mm;4.4.7模型制作校核應符合下列規(guī)定。 75整治建筑物水力特性模型試驗5.1.1研究整治建筑物周圍水流結構時，應進行整治建筑物水力特性模型試驗。5.1.2整治建筑物水力特性應在正態(tài)概化模型或局部模型中進行試驗。5.2.1模型試驗制模地形圖應符合下列規(guī)定。5.2.1.1制模地形圖應為近期測圖，測圖范圍應包括整治工程段及其進出口調節(jié)段，當進口段為彎道時應將范圍加長至彎道以上河段。5.2.1.2整治河段地形資料，測圖比例應根據(jù)河流大小、研究問題的性質確定，可采用1:1000～1:5000,復雜地形局部區(qū)域宜采用1:200～1:500,測圖應采用統(tǒng)一的基準面和坐標系。5.2.2模型試驗水文資料應包括試驗河段的水位、流速、流向和流量資料；不少于同一個要適當簡化。5.3.1模型范圍應包括試驗段和非試驗段，應根據(jù)試驗目的、要求，并結合水流特性、航道情況及整治建筑物的影響確定。水和排水系統(tǒng)等。5.3.3模型應滿足下列相似條件：幾何相似重力相似阻力相似水流運動時間相似水流運動連續(xù)性相似內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)8式中λ——平面比尺；大于1000。232)的有關規(guī)定。5.4.1試驗水流條件應根據(jù)工程河段水流特點和整治建筑物結構特點確定。試驗流量5.5.2.2非恒定流水位測量宜采用自動跟蹤式水位計或超聲波水位計，允許偏差 5整治建筑物水力特性模型試驗9±0.5mm。5.5.2.3流速測量可根據(jù)試驗目的和流速范圍選用旋槳流速儀、超聲多普勒流速儀、粒子成像流速儀或激光流速儀。采集系統(tǒng)等。5.5.2.7壓力測量儀器精度要求不應低于0.5級，即額度量程的±0.5%。5.6試驗內容和方法5.6.1航道整治建筑物水力特性試驗應根據(jù)試驗目的，結合整治建筑物的特征，確定試及其周圍的壓力分布情況。5.6.3非恒定流模型試驗的方法可參照附錄A。5.7資料整理和分析(2)整治建筑物周圍水流流速流向分布；(3)整治建筑物周圍水流紊動特性；(4)整治建筑物及其周圍壓力分布；(5)非恒定流試驗補充分析整治建筑物周圍瞬時最大比降、最大流速特征。5.7.2根據(jù)試驗資料的分析，應總結歸納整治建筑物周圍水動力特性及水流與整治建筑內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)6整治建筑物穩(wěn)定模型試驗起動相似 6整治建筑物穩(wěn)定模型試驗泥沙懸浮相似水流挾沙力相似λs.=λs河床變形相似6.3.3模型比尺的確定應符合下列規(guī)定。6.3.3.1整治建筑物穩(wěn)定模型應采用正態(tài)模型，模型幾何比尺、流速比尺、流量比尺應按第5.3節(jié)的規(guī)定確定。6.3.4模型沙選擇及泥沙粒徑比尺確定應符合現(xiàn)行行業(yè)標準《內河航道與港口水流泥度宜大于預計最大沖刷深度10cm～15cm。動床段寬度應大于整治建筑物的影響范圍，量對應的模型流速應小于3倍模型沙起動流6.5.1.1模型沙起動、輸移等相關參數(shù)宜采用水槽試驗確定。對誤差不應超過±10%。6.5.2.1測量范圍大、沖淤變化復雜的地形測量可使用等高線法。6.5.2.2測點較少的地形測量可選用測針，測量精度±1.0mm。6.5.2.4測量沖刷界面反光強弱差別較大的河床可選用光電式地形儀，測量精度±0.5mm。觸測量。 6.6.2整治建筑物水流運動特性試驗內容和方法應符合第5.6節(jié)的有關規(guī)定。7整治建筑物水動力數(shù)值模擬7.1.1整治建筑物水動力數(shù)值模擬應采用三維水流數(shù)學模型。7.2.1建模地形圖除應符合第5.2節(jié)的規(guī)定外，還應符合下列規(guī)定。7.2.1.1測圖范圍中，上下游邊界應在工程區(qū)段基礎上適當延長，當進口段為彎道時應將范圍加長至彎道以上河段。7.2.1.2建模地形圖的陸上地形應施測至兩岸的堤岸或堤防，兩岸為高山的，可測圖至常年洪水位以上的高程。7.2.1.3水尺及測流斷面位置應測繪于地形測圖上。7.2.2水文資料除應符合第5.2節(jié)的規(guī)定外，還應符合下列規(guī)定。7.2.2.1試驗河段內應有五個以上站位或水尺水位觀測資料，其中最下游和入匯支流河口內有固定觀測站資料。7.2.2.3固定水尺觀測時段應根據(jù)灘性而定。7.2.2.4單一河段應有若干個斷面的流速分布與流向資料，及每個斷面上各測點沿水深流速分布資料。7.2.2.5汊流河段應有干流與各支汊若干個斷面的流速分布與流向資料，及每個斷面上各測點沿水深流速分布資料。7.3整治建筑物數(shù)值模擬方法7.3.1三維水流運動可按下列方程控制。連續(xù)方程x向動量方程 7整治建筑物水動力數(shù)值模擬7.3.5控制方程有限體(3)流量允許偏差±5%。 7.7計算及成果分析7.7.2模擬計算成果應圖表化，整治建筑物周圍三維流場及壓強模擬應有可視化動態(tài)內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)附錄A非恒定水流試驗模擬方法A.2.3非恒定流過程的測量應采用可同時進行同步非恒定流流量、水位過程的監(jiān)測附錄B航道整治建筑物三維數(shù)學模型附錄B航道整治建筑物三維數(shù)學模型B.1三維控制方程B.1.1利用自由液面和床面邊界條件對連續(xù)方程沿水深積分處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)內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231-8—2018)B.2三維控制方程離散附錄C本規(guī)程用詞說明21附錄C本規(guī)程用詞說明內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)22內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程 3基本規(guī)定 3.2資料記錄及整理 4整治建筑物模型設計及制作 4.3整治建筑物模型設計及模擬材料 4.4整治建筑物模型制作及安裝 5整治建筑物水力特性模型試驗 5.1一般規(guī)定 5.2基本資料 5.3模型設計 5.4試驗條件 5.5試驗設備和量測儀器 5.6試驗內容和方法 5.7資料整理和分析 6整治建筑物穩(wěn)定模型試驗 6.1一般規(guī)定 6.2基本資料 6.3模型設計與制作 6.4試驗條件 6.5試驗設備和量測儀器 6.6試驗內容和方法 6.7資料整理和分析 7整治建筑物水動力數(shù)值模擬 7.1一般規(guī)定 7.2基本資料 7.3整治建筑物數(shù)值模擬方法 7.4定解條件 7.5計算域的確定及網格剖分 7.6模型率定及驗證 7.7計算及成果分析 條文說明29成熟，直接影響了內河航道整治工程的建設和運行管理。內河航道整治建筑物模擬技術手段。為能充分地運用好航道整治建筑物模擬技術，規(guī)范和統(tǒng)一物理模型和數(shù)值模擬方1.0.2我國通航河流大部分受徑流影響，其水流來源主要由雨水或冰雪融化匯合而成。受潮汐影響的河流特征與之差別較大，一般按照《海岸河口潮流泥沙模擬技術規(guī)程》(JTS/T231—2)有關規(guī)定執(zhí)行。內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)30條文說明4整治建筑物模型設計及制作4.3整治建筑物模型設計及模擬材料求整治建筑物模型設計比尺不能過小。鑒于目前航道整治中應用較為廣泛的建筑物構件小于1:60。4.3.3軟體排排墊一般選用棉布來模擬，軟體排壓載體根據(jù)模型比尺不同一般選用鋁4.3.4透水框架一般采用復合材料來模擬。4.4整治建筑物模型制作及安裝4.4.4因對模型整治建筑物的變形不易量化，在形相似即可。4.4.5一般為便于整治建筑物模型加工、制作的方便及可行性，整治建筑物模型的幾何比尺大于1:60,因此對整治建筑物模型制作時的幾何尺寸、主要構件尺寸及主要構件水下重量控制的允許偏差要求較高。4.4.6主要考慮整治建筑物模型安裝偏差對試驗結果影響較大，因此其精度控制比地形嚴格。內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)特別是整治建筑物周圍三維的水流現(xiàn)象是有局限的，因此整治建筑物水力特性的研究應5.2.1模型中進口段是試驗河段之外上下游的水流調節(jié)段，由5.3.1非試驗段是指水流的自動調節(jié)段，包括進口調節(jié)段和出口尾水了保證整治建筑物所在區(qū)域的水流運動與原型相似。5.3.4天然河流整治建筑物周圍水流三維特征明顯，為了使室內整治建筑物水力模型與5.4.1整治建筑物失穩(wěn)主要與來水來沙及其自身結構密切相關，為了揭示整治建筑物失穩(wěn)機理與水力特征因子之間的相互關系，應根據(jù)整治建筑物所在河段的水流特點及整治建筑物結構特點，確定不同的流量及水位等試驗控制條件。整治建筑物破壞通常發(fā)生在5.4.2實際工程觀測表明，在天然非恒定流特征明顯的汛期或樞紐下泄非恒定流階段，定流條件下的整治建筑物水力特性研究，以分析天然來流過程及樞紐下泄非恒定流條件條文說明在±0.5mm。信號采集系統(tǒng)等壓力測量儀器，因此將精度控制不低于0.5級(即額度量程的±0.5%)。5.6.2整治建筑物主要受水流沖擊力的作用而發(fā)生直接破壞和因河床沖刷而造成間接破壞，為了掌握整治建筑物結構受力變化，模型試驗時除進行常規(guī)的整治建筑物周圍水5.7資料整理和分析物失穩(wěn)(變形、破壞)過程等觀測資料，可分析水力特征參數(shù)與整治建筑物失穩(wěn)之間的相內河航道整治建筑物模擬技術規(guī)程(JTS/T231—8—2018)6整治建筑物穩(wěn)定模型試驗6.1.1航道整治建筑物在水流沖擊力作用下因周邊河床沖刷等原因可能造成間接失穩(wěn)破壞，如拋石壩周邊局部沖刷引起壩體基礎的成與發(fā)展，引起排邊出現(xiàn)懸掛、塌陷等破壞。為研究整治建筑物的失穩(wěn)(變形或破壞)以6.1.2當研究整治建筑物受水流沖擊力作用下發(fā)生的直接破壞時，可采用定床模型進行6.2.1為了保證整治建筑物穩(wěn)定模型試驗成果的可靠性，需要收集工程河段相關的地6.3模型設計與制作6.3.1整治建筑物穩(wěn)定模型需針對河床質組成情況進行模型設計，對河床質組成為顆粒對河床質組成為細沙的河段，河床以懸移質造床為主，模型應以懸移質運動為主進行6.3.2為了使室內整治建筑物穩(wěn)定模型與原型有較好的相似性，模型設計時在保證水流運動相似與泥沙運動相似的基礎上，還應保證整治建筑物的形態(tài)變形相似。整治建筑物一方面可保證建筑物的穩(wěn)定性相似。整治建筑物的變形主要是指建筑物附近局部沖刷坑條文說明采用建筑物體積或位移的相似來反映。模型設計時應采用正態(tài)模型進行研究。整治建筑物穩(wěn)定模型試驗受條件限制一般只進行公式及沖淤時間比尺進行估算。要有足夠的河槽寬度。根據(jù)Yalin對明渠水流側壁的研究成果，河槽寬深比(B?/h)大于56.4.1整治建筑物失穩(wěn)通常發(fā)生在洪水期，因而流量級應選擇洪水流量或洪水流量過程，有時建筑物設計時還需了解其他特定的流量級(如多年平均流量、整治流量)作用下6.4.2研究整治建筑物間接破壞的動床模型，為了掌握不利條件下的刷及建筑物變形破壞情況，通常進行清水極限沖刷試驗。有時為了了解特定水文年水沙加沙量關系曲線進行控制。形變幅小于5%時，即可認為河床沖刷基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。6.5試驗設備和量測儀器6.5.1自然堆積法是一種測量粗顆粒泥沙水下休止角的方法，主要將粗顆