非均匀砂沟蚀起动粒径研究

在充分紊流区,推移质泥沙中滑动形式占很大比重,即便是滚动颗粒,通常也并不是起动后一直发生滚动,而是间或发生滑动,因此,有必要研究滑动形式下的泥沙起动机理。本文从泥沙起动概率出发,以床沙及侵蚀物颗粒组成为基础,确定泥沙起动粒径,根据水下泥沙的受力分析,建立非均匀砂滑动平衡方程,利用土槽试验资料确定公式系数,并采用野外实测资料进行验证,结果表明,对于粗颗粒泥沙起动,公式的计算值与实测值符合良好。     

非均匀沙分组起动流速

从近底水流结构和泥沙颗粒位置的随机性两方面研究非均匀沙起动的2个关键问题,提出遮掩度的概念细化了颗粒受力.运用概率论与力学相结合的方法,采用滚动模式建立了非均匀泥沙的起动公式.通过试验资料验证的结果表明,计算值与实验资料符合较好.     

河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证

在河床泥沙起动的瞬间,颗粒与水相互作用,具有相同的速度。所以在研究泥沙起动流速的时候既要考虑水体对河床泥沙的影响,又要考虑河床泥沙对水体的影响。通过探寻河床有效切应力与水体流速梯度的关系;并考虑河床泥沙内部渗流作用对泥沙起动流速的影响推导出新的均匀泥沙起动流速公式。将此公式与实验资料及前人推导公式进行对比,结果表明本公式的计算精度符合工程应用标准,能弥补采用经典流速分布公式研究泥沙起动流速时的不足;并能较好地应用于组成成分为粗粉土、沙与砾石的泥沙研究中。     

平衡输沙条件下非均匀推移质运动特性

考虑床沙特性以及颗粒暴露度对非均匀沙运动的影响,根据滚动平衡关系,提出了非均匀沙起动流速公式,利用实测资料分析了附加阻力系数的特点,并得到其数学表达式.通过对非均匀泥沙颗粒运动方程的分析,导出了非均匀沙临界起动希尔兹参数的数学表达式,从而从理论上解释了非均匀沙颗粒与均匀沙起动的不同之处(粗颗粒较同等粒径均匀沙容易起动,细颗粒则与之相反).分析了非均匀沙颗粒随水流运动的特点,指出非均匀沙颗粒运动与其所处的床面条件具有直接的关系,床面条件不同,运动也将呈现不同的特点.最后建立了平衡输沙条件下非均匀推移质分组输沙率公式,公式的计算值与实测资料吻合较好,并且能够用来计算均匀沙推移质输沙率,具有广泛的通用性.     

基于相对暴露度的无黏性均匀泥沙起动流速公式

基于白玉川提出的床面均匀无黏性泥沙双向相对暴露度、拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间的关系分析发现,当颗粒雷诺数较大时(大于15 700),拖曳力系数、上举力系数仅受相对暴露度影响,且幅值变化较小.CD取值在1~1.22,平均值为1.11;CL取值在0.72~0.99,均值0.86.将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动流速公式的研究中,推导出基于相对暴露度的散粒体泥沙起动底部作用流速公式及垂线平均流速公式,通过与现有的天然河道、室内水槽试验得到的泥沙起动流速资料及现有的泥沙起动流速公式比较可知,本文公式与实测资料符合良好,较现有的泥沙起动公式计算精度更高.     

粘性细泥沙的临界起动公式

用上海港杭州湾深水航道试挖航槽的淤泥泥样,进行不同沉积密度条件下的起动试验。论文叙述了试验的条件、情况和主要结果。用实测数据检验张瑞瑾公式窦国仁公式,唐存本公式和沙玉清公式,并加以分析和评述。从粘性细泥沙絮凝的电化学理论出发,导出细泥沙颗粒之间粘着力的表达式,建立包括粗、细泥沙在内的统一的临界起动切应力和临界起动流速公式。该式与已有的公式和实测资料进行比较,符合良好。能较好地描述淤泥不同沉积密度时起动条件的变化,应用建议的起动公式,只需用常规试验测定几项基本参数,便可预报淤泥在不同沉积密度时的临界起动切应力或临界起动流速。     

均匀球体泥沙典型分布状态及其起动流速研究

为了研究床面泥沙三维随机分布状态及其起动条件,将泥沙颗粒概化为三维球体,采用粒径为12mm的均匀玻璃球,在边长为150mm的立方体容器中进行了床面泥沙随机堆放试验.试验发现,床面泥沙存在3种典型分布状态,统计分析了3种状态各占的比例,建立了对应的泥沙起动力学平衡方程,推导出了3种模式泥沙瞬时起动流速公式.假定3种模式的暴露角均符合正态分布,将3种分布模式对应的起动流速影响函数加权平均,得到基于3种分布状态的泥沙综合起动流速公式.经实测资料验证,本文起动流速公式与不同泥沙粒径起动流速实测数据符合良好.     

平衡输沙条件下推移质级配

在考虑床面泥沙颗粒起动概率的基础上,提出了平衡输沙时确定推移质最大粒径的方法及计算公式.从理论上分析得到了泥沙颗粒起动无量纲临界切应力参数Θ的最小值,对个别及少量起动分别为0.020和0.030,由此可计算出推移质最大粒径d c,max .同时提出了计算推移质级配的方法及公式,该公式仅与床沙平均粒径d m ,床沙粒配百分数p 0i ,推移质最大粒径d c,max 及其所对应床沙级配的组数m有关.验证结果表明,计算结果与实测资料符合较好.     

泥沙起动流速研究现状分析

该文通过回顾泥沙起动的随机性、运动判别标准、以及泥沙颗粒在河床面的受力分析研究,简要综述了粗颗粒散体泥沙、均匀沙散粒体及细颗粒粘性泥沙、非均匀沙、砾石和卵石以及斜坡上泥沙起动流速的一些主流研究成果,并将最近的一些研究成果与经典研究进行对比。虽然泥沙起动流速研究由国外学者奠基,但在后续的理论体系完善中我国学者也进行了较为深入的研究工作并得到许多实用的经验和半经验公式。粗颗粒散体泥沙的起动流速、均匀沙散粒体及细颗粒粘性泥沙的起动流速研究较为透彻,非均匀沙和砾石和卵石的起动机理,以及斜坡上的泥沙起动流速仍有很大发展空间,对于规律性较为不明显的起动流速研究将会成为今后研究的热点方向。     

斜坡上非均匀沙分组起动流速

在经典力学的基础上,以某一概率为定量标准,根据斜坡上泥沙的受力状态,采用滚动模式进行理论推导,考虑了作用流速和颗粒位置的随机性、非均匀沙不同粒径之间的相互作用及不同倾角的影响,推导了斜坡上非均匀沙分组起动流速公式,通过实测资料验证表明,计算值与实测值符合较好．     

非均匀沙隐暴作用的研究现状及其起动矢量式

系统回顾近几十年来国内外有关非均匀沙隐暴作用的研究状况，阐述诸多研究成晨的局限性及其存在的不足，在此基础上，作者采用最新的矢量力学分析方法，探讨任意面上处于隐蔽和暴露状态的泥沙颗粒的受力关系，建立了更具一般性的非无效产沙起动流速矢量公式，文中又对不同方位床面上的泥沙起动公式进行有益的讲座，并对暴露状态下的一维公式进行了验证。     

卵砾石河流推移质输沙率的模拟计算方法

根据山区和丘陵地区卵砾石河流的情况,提出对梅叶－彼得推移质输沙公式进行修正,使用式（８）的泥沙起动切应力公式,在分析的基础上提出粗细泥沙颗粒的隐曝系数公式和考虑水流床面切应力随机分布的计算方法,用以估计这类河流的推移质输沙率．经长江上水文站的实测资料检验与河道泥沙数模的应用,能满足工程计算的需要,取得较好效果,可作为这类河流中计算推移质输沙率的参考．     

水流作用下裂隙内沉积颗粒起动临界流速研究

为了优化阻塞裂隙的水力冲刷工艺参数,采用物理试验和理论分析相结合的方法,建立了水流作用下颗粒起动有效作用流速数学模型,研究了水流作用下裂隙内不同形状颗粒的起动方式和颗粒起动临界流速随颗粒粒径、流体密度和裂隙高度的变化特性。结果表明：近圆颗粒和椭球颗粒主要以滚动方式起动,扁平颗粒以滑动方式起动;颗粒起动临界流速随颗粒粒径的增大呈现对数增大的变化规律,随流体密度的增大呈减小的变化规律;进一步地,由于颗粒起动有效作用流速与裂隙高度的增大呈负相关的变化规律,因此颗粒起动临界流速随裂隙高度的增大而增大。为提升阻塞裂隙的水力冲刷效果,应采用的方法是增加流体介质的密度,促使裂隙内更多的沉积颗粒发生起动。此外,当水力冲刷工艺运用至裂隙发育的地带时,应该适当提高水力冲刷工艺的注水量,提高堵塞裂隙的水力冲刷工艺效果。     

散粒体泥沙起动条件之研究

前言关于散粒体泥沙起动问题,近年来经各家的試驗研究,获得了一定成果。他們的試驗范围及假定各有不同,所得結論也不一致。本文試图从水流底部的繞流結构出发,結合水力阻力规律,推导出在工程中的散粒体泥沙起动公式。通过各家实測资料的印証,最后得出泥沙     

淤泥质海岸河口悬沙回淤模型相似律探讨

在盐水条件下粘性细颗粒泥沙将发生絮凝，基本沉降单元不再是单颗粒泥沙，而是絮团，床面泥沙的起动悬扬特性也不同于粗颗粒泥沙本文主要探讨模拟近海条件下淤泥质港口航道悬沙回淤模型试验相似律，根据细颗粒泥沙动水条件下絮凝沉降特点，提出需要满足的相似条件和相关系，并将之用用皇连云港，厦门港等物理模型，取得较好效果。     

鄱阳湖黏性底质淤泥固结起动规律试验

为研究鄱阳湖黏性底质淤泥固结起动规律，采用玻璃水槽测量了不同淤积历时及水深条件下黏性底质淤泥起动流速，根据试验数据拟合得到鄱阳湖底质淤泥起动与淤积历时和水深的经验公式，并将结果与相关文献泥沙起动经验公式计算结果进行对比。结果表明，鄱阳湖黏性底质淤泥固结程度随着淤积历时的增加经历了新落淤、固结初期、加速固结、固结稳定4个阶段，起动流速与水深呈正相关关系；淤积1 d起动流速与相关文献泥沙起动经验公式计算结果较接近，淤积历时越长，试验结果与经验公式计算结果相差越大。     

明渠水流泥沙含量垂线分布规律的研究

在分析泥沙颗粒含量分布特性的基础上,指出扩散理论能较好地描述主流区的泥沙含量分布规律,但在近底流区由于泥沙碰撞切应力的存在,使得扩散理论不能解释此区域的泥沙含量分布规律.进而在引入颗粒碰撞扩散的基础上,对泥沙颗粒扩散理论进行修正,从而在理论上得到了挟沙水流泥沙含量分布规律的公式.与实测资料对比表明,该公式能更好地描述包含主流区与近底流区在内的泥沙含量分布规律.     

复杂流动下泥沙起动概率的图像测量

提出了一种适合于复杂流动下泥沙起动概率的测量方法--图像测量法.该方法对床面上砂颗粒的运动图像进行采集,根据采集到的图像采用互相关算法计算出砂颗粒的运动速度,由砂颗粒运动速度得到泥沙的起动概率.采用该方法测量了槽道流动及后台阶流动2种情况下床面泥沙的起动概率.在槽道流动下,床面泥沙的起动概率随着床面剪应力的增大而增大.由本文测量方法得到的临界起动剪应力与希尔兹曲线所得到的结果相一致.在后台阶流动下,测量结果表明,再附点附近处泥沙的起动概率最大.这一结果能够解释在后台阶下游床面局部冲刷实验中发现的再附点附近冲刷最为严重的现象.     

泥沙颗粒团沉速

针对现有的泥沙沉速公式大多适用于单颗粒泥沙沉降的情形,基于前人对单颗粒泥沙沉速规律的研究成果,利用试验测得不同泥沙颗粒团在水中沉降时的沉速数据,引入泥沙颗粒团特征粒径及附加粒径2个因子,对多个广泛运用的单颗粒泥沙沉速公式进行了修正.用修正后的公式计算得到的泥沙颗粒团沉速与用试验测得的泥沙颗粒团沉速较接近,可推广运用到计算泥沙颗粒团在水中的沉降速率.     

涵洞输沙特性研究

地下涵洞穿越河渠淹没于水下，水沙运动呈有压流状态，合理利用洞内水流自身能量，才能确保输送泥沙过洞。依据床面泥沙起动切应力相等原理及明渠水流挟沙力公式，提出了适应地下涵洞泥沙起动流速关系及输沙能力的修正公式。该公式较好地反映了地下涵洞的泥沙运动及输沙规律，为解决地下涵洞安全输沙及防止泥沙淤积提供了理论依据。