本研究主要在探討圓柱型橋墩位於非黏聚性河床中,承受清水流所造成河 床之局部沖刷。根據因次分析及水工模型試驗之結果,經迴歸分析可得一 橋墩相對平衡沖刷方程式:式中:hs 為橋墩平衡沖刷方程式, h 為 上游水深, D 為橋墩直徑, d50 為河床質中值粒徑, U 為上游平 均接近速度, Uc 為河床質顆粒之臨界平均起動速度, S 為渠床坡度 。上式經分析,顯示水流特性參數(h/D) 為影響橋墩沖刷之之主要因子, 沉滓特性參數(D/d50) 為次要因子。而沉滓起動特性參數(U/Uc)及渠床特 性參數(1-S) 之影響則不明顯。而由試驗結果以及本研究所得迴歸模式中 各變因之關係可知,在相同流況之下橋墩相對平衡沖刷深度大致與上游平 均速度、橋墩直徑、渠床坡度成正比;而與上游水深、河床質粒徑成反比 。本文將四篇前人研究論文之試驗資料與迴歸式相驗證,獲知本研究所得 橋墩平衡沖刷深度之迴歸模式較以往之公式更能提供準確、廣範之應用。 由橋墩停滯壓力試驗發現,自由流之水平速度,在橋墩面上產生停滯壓力 。此壓力分布與自由流之速度分布類似,且其最大值發生於水表面附近。 其所形成之壓力梯度,往下發展成橋墩前垂直向下射流,淘刷河床表面。 往上則造成橋墩前之壅水。故可證明,橋墩前垂直向下射流確實是造成橋 墩沖刷之主要因素。而此射流與自由流中速度分布有相當密切之關係。
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