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发展段的冲刷速率逐渐减小，平衡段的冲刷速率渐趋于 0，并给出了计算平衡冲刷时间的公式；在考
虑相对冲刷时间因子基础上，给出了发展段和平衡段的局部冲刷深度随时间变化的经验公式。
［15］
Oliveto 和 Hager 通过进行试验研究，发现桥墩局部冲刷深度随时间变化关系主要由墩台参考长
度、密度弗劳德数、相对冲刷时间决定，且相对冲刷时间与泥沙几何特征有关，并给出了桥墩局部
冲刷深度随时间变化的经验公式。Chang 等 ［16］ 在恒定和非恒定流条件下进行了桥墩冲刷试验，根据泥
沙中值粒径和粒径不均匀系数估算混合层厚度，提出了一种基于混合层概念计算非均匀泥沙条件下
冲刷深度随时间变化的方法。
相比于明流条件，冰盖下的桥墩局部冲刷问题更为复杂，且冰盖下桥墩局部冲刷深度随时间变
化的研究甚少，故采用试验方法对此问题进行了研究，通过改变冰盖下的流速、水深及桥墩墩径，
探究了桥墩冲刷深度随时间的变化规律，并与明流条件进行了对比分析。

2 冰盖条件下桥墩局部冲刷的试验研究

2.1 试验条件 试验是在合肥工业大学水利科学研究所实验室中进行的，水槽长 26.68 m，宽 0.4 m，
深 1.3 m，过水断面为矩形，沿水流方向将水槽一共分为 22 个断面，断面间距为 1.2 m。水槽内的流
量是通过进口管道上的阀门来调节的，在水槽下游设置了一个可调节尾门，用以调节水槽内的水深
和流速，桥墩位置固定在如图 1 所示的 16 断面处，试验采用了墩径分别为 3 cm、4 cm 的圆柱型桥
墩。冰盖使用聚苯乙烯泡沫板模拟，水槽底部铺设 d 为 0.714 mm 的泥沙模拟河床。
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图 1 试验水槽布置
试验限定在清水冲刷条件下，当冲刷坑尾部堆积物高度、形态基本不再发生变化，冲刷坑内沙
颗粒只在冲刷坑内往复移动不再被水流搬运到坑外时，认为冲刷达到平衡状态。试验结束后，使用
探针沿着桥墩手动测量冲刷坑深度、桥墩原点到外轮廓线距离及堆积物脊线，根据数据绘制等值线
图，探针的精度为 0.1 mm。
试验分成明流（A）与冰盖（B）两个部分，试验工况和条件设置如表 1 所示。

表 1 试验工况设置

行近流速 V 泥沙中值 行近流速 V 泥沙中值
序号 行近水深 h/m 墩径 D/m 序号 行近水深 h/m 墩径 D/m
/ （m·s ） 粒径 d 50/mm / （m·s ） 粒径 d 50/mm
-1
-1
A1 0.22 0.10 0.03 0.714 B1 0.22 0.10 0.03 0.714
A2 0.18 0.15 0.03 0.714 B2 0.18 0.15 0.03 0.714
A3 0.22 0.15 0.03 0.714 B3 0.22 0.15 0.03 0.714
A4 0.26 0.15 0.03 0.714 B4 0.26 0.15 0.03 0.714
A5 0.22 0.20 0.03 0.714 B5 0.22 0.20 0.03 0.714
A6 0.22 0.10 0.04 0.714 B6 0.22 0.10 0.04 0.714
A7 0.18 0.15 0.04 0.714 B7 0.18 0.15 0.04 0.714
A8 0.22 0.15 0.04 0.714 B8 0.22 0.15 0.04 0.714
A9 0.26 0.15 0.04 0.714 B9 0.26 0.15 0.04 0.714
A10 0.22 0.20 0.04 0.714 B10 0.22 0.20 0.04 0.714

2.2 试验数据分析 图 2 为明流和冰盖条件下桥墩附近局部冲刷深度和达到平衡冲刷时间的对比
图，从试验数据结果可以看出，冰盖条件下的局部冲刷深度大于相应明流条件下的，达到冲刷平衡
所需的时间也相对要长，这一点是与其局部冲刷深度相对较大有一定的关系。当流速增大时，冲刷

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