人工填筑黏性土起动冲刷特性试验

为了研究人工填筑黏性土起动和冲刷特性,采用资料分析和试验相结合的方法,研究人工填筑黏性土的起动冲刷特性。根据试验资料,结合力学特性确定影响人工填筑黏性土起动冲刷的主要因素;根据试验结果分析人工填筑黏性土起动切应力、冲刷率分别与各自的影响因素之间的对应关系,提出了量纲和谐的起动切应力和冲刷率的公式,运用多元线性回归方法确定了公式中的系数和指数,并分析比较了人工填筑黏性土和黏性泥沙起动和冲刷特性。结果表明:人工填筑黏性土的黏结力比自然淤积固结的黏性泥沙大得多,较难起动和冲刷,需要较大的水流切应力;干密度对自然淤积黏性泥沙冲刷率影响比对人工填筑黏性土要大。     

黏性非均匀沙的冲刷

黏性非均匀沙起动和冲刷研究对于河口海岸工程的设计和安全具有重要的意义.在作者从概率论和力学角度所提出的黏性非均匀沙起动摩阻流速公式的基础上,建立起黏性非均匀沙的起动流速和冲刷率公式.在钱塘江河口河床获取2个钻孔共28个岩芯,进行起动和冲刷水槽试验.起动流速公式计算值与沙样起动试验数据符合良好,表明该公式能较好反应黏性非均匀沙的起动现象.进而根据冲刷试验资料确定了冲刷率公式的指数和冲刷常数,发现未充分固结的淤泥冲刷率与相对剩余切应力的二次方成正比,而固结已久的淤泥冲刷率与相对剩余切应力呈线性关系,冲刷常数分别为(2～3.5)×10(-5)m/s和(1～2)×10(-6)m/s,两者差一个数量级.     

水压力对黏性原状土起动流速影响的试验研究

为探究水压力对黏性原状土起动的影响,在一套能模拟不同大小的水压力的封闭管道试验系统中进行了黏性原状土起动试验。结果表明当水柱高度从35 cm提高到435 cm时,黏性原状土的起动摩阻流速是0.35 m水柱高度下流速的2.52~3.06倍;黏性原状土的起动流速随着水压力的增大而增大;水柱高度、原状土的粒径级配以及原状土的密实度是起动摩阻流速的主要影响因素。该试验成果可为黏性原状土起动流速的进一步研究提供参考。     

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构,不同部位对水流抗冲性不同,抗冲性极强的"胶泥层"对河势演变具有重大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样,开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了起动切应力随干密度的变化情况,建立了干密度、含水率与淤积历时的关系,拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力的关系式,结果表明:黏性土起动切应力随干密度的增大而增大,两者呈幂函数关系;当淤积历时较短时,黏性土干密度(含水率)随淤积历时的增大而增大(减小),两者呈对数函数(指数函数)关系;黏性土侵蚀系数随起动切应力的增大而减小,两者呈幂函数关系;同时研究发现,黏性土起动切应力与黏粒含量相关,相同干密度条件下,黏粒含量越高起动切应力越大;黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关,黏粒含量越高侵蚀系数越小,相应的其抗冲性越强。     

黏性土起动研究现状综述

综述国内外学者在泥沙起动(包括散体沙的起动和新淤土的起动)研究和黏性土的起动模式、影响因素等方面的研究成果,指出各研究者、研究思路、研究成果的差别,以及现有研究成果所存在的问题:由于黏性土本身的复杂性,加之各研究者考虑的参数不尽相同,现已建立的黏性土起动模式差别较大;影响黏性土起动的因素主要有土的物理因素、土力学参数、化学特性等.认为今后的研究重点应放在黏性原状土上,在此基础上再进行重塑土试验,以探求各影响因素等起动切应力之间的关系,进而分析黏性土起动机理及其影响因素,确定黏性土起动的物理模式,并选择足够的土样,通过大量的水槽试验,积累资料,从中分析综合内在规律.     

壅水条件下水流阻力试验研究

壅水条件下的水流阻力及输沙特性,在水利工程的应用中占有十分重要的位置。对壅水条件下河道开展概化水槽试验,采用声学多普勒测速仪ADV对水流流速进行了测量,并对壅水条件下水流阻力和床面切应力等进行了分析。结果表明壅水条件下,水流流速沿垂线分布较均匀流条件下更加均匀,当壅水程度越大时,水流流速沿垂线分布越均匀,且流速分布大致上仍服从对数率分布;壅水条件下,随着水深的增大,摩阻流速不断减小;壅水条件下河道水流阻力系数随着非均匀系数及水力半径的增大而增大;引入壅水程度指标,并拟合得到了床面切应力随壅水程度指标的变化关系式。成果可为壅水条件下水流结构特征及输沙规律的研究提供参考。     

管道淤积物固结后起动特性的试验研究

针对珠江三角洲水资源配置工程“西江鲤鱼洲泵站——南沙高新沙水库”段的管道淤积物,利用矩形有压水槽开展了不同固结历时条件下的泥沙起动试验,分析了固结状态对管道淤积物起动模式和临界起动条件的影响。试验结果表明:不同固结状态的管道淤积物对应颗粒滚动、片状剥离、成块起动等不同起动模式;随着固结时间增加,淤积物的密实程度逐渐增大,起动切应力增大。输水段管道的间歇期需控制在14d内,以保证淤积物在运行期能被水流冲刷带走。     

重塑粗粒土-黏性土混合物冲刷特性研究

针对粗粒土-黏性土混合物的冲刷特性与无黏性土、黏性土的不同,采用冲刷函数测定仪对三种重塑粗粒土-粉质黏土混合物进行了冲刷特性试验研究,分析了不同粉质黏土含量情况下三种混合土体冲刷速率和起动切应力的变化规律,根据冲刷速率和起动切应力的取值确定了三种混合土体临界黏性颗粒含量的范围。随黏性颗粒含量的增加混合土体的冲刷行为逐渐由无黏性变为黏性,基于这一特点,提出冲刷黏性度的概念,作为衡量混合土体是否具有黏性冲刷行为的度量,考虑无黏性颗粒粒径和黏粒含量对混合土体冲刷特性的影响,给出冲刷黏性度表达式,根据本文冲刷试验数据确定了表达式参数的取值,通过已有其他试验数据,验证了冲刷黏性度表达式的合理性和准确性。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

黄河下游桥渡冲刷计算问题探讨

对现行规范推荐公式用于黄河下游桥渡冲刷计算存在的问题进行了探讨.结果表明:现行规范推荐的桥渡冲刷公式存在理论基础薄弱、适应性差等缺陷;进行非黏性土河床桥渡一般冲刷计算时,参量选取的任意性或人为性较大,受初始断面形态尤其是河槽最大水深的影响过大,不能反映水流泥沙条件变化对桥渡冲刷的影响,甚至不考虑河床组成的影响;进行非黏性土河床桥渡局部冲刷深度计算时,选用的泥沙起动流速公式使计算的桥墩局部冲刷深度偏大较多,且在概念上反映不出一般冲刷与局部冲刷的关联影响;采用黏性土河床桥渡冲刷公式计算时,因液性指数取值的人为性很大,故使计算的冲刷深度变化较大.为克服现行规范推荐公式的局限性,建议引用由输沙平衡原理建立的最大冲刷水深公式及黄河桥渡冲刷公式进行复核计算,并采用模型试验等手段进行验证.     

漫滩水流水沙运动规律的研究

本文根据漫滩水流的运动特点，将漫滩水流的复式断面分为主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等4个区，并给出了各区宽度的经验公式.根据滩槽交互区垂线流速分布的变化特点，提出了附加尾流函数的对数流速分布公式.在简化水流运动方程和泥沙扩散方程的基础上，对滩槽交互区内垂线平均流速及含沙量沿横向分布进行了理论分析，提出了反映滩槽水流动量交换强度的横向涡量粘性系数及横向扩散系数的表达式，得到了漫滩水流垂线平均流速及含沙量沿横向分布的解析解，并与实测资料吻合较好。     

长江口北槽泥沙起动流速研究

在大量实测资料分析、室内水槽试验和现场坐底观测试验的基础上,对长江口北槽泥沙起动流速特性进行了分析研究。首先分析了北槽河床质实测资料,明确了北槽中段河床组成特性。通过北槽天然沙的室内水槽试验研究了天然沙在浅水区的起动特性。通过北槽现场坐底观测的实测结果分析了北槽实际的泥沙起动特征,其中泥沙起动状态主要通过近底泥沙浓度变化和床面冲淤变化的判定。在以上实测资料的基础上分析了北槽的泥沙起动规律,推荐了在浅水区和深水区适宜的泥沙起动流速经验公式。     

细颗粒原状土起动流速试验研究

为了得到更为客观科学的泥沙基本活动规律,利用有压矩形管进行了细颗粒泥沙起动试验。试验结果表明,管内水压力对细颗粒泥沙的起动有重要影响,水压力越大,管中泥沙起动断面平均流速和起动切应力越大。根据有压矩形管的水流分布特性和水压特点,将矩形管中水流转换为普通明渠水流,转换得到的明渠中泥沙起动垂线平均流速与试验矩形管中泥沙起动断面平均流速基本相同,验证了利用有压矩形管进行细颗粒泥沙起动流速试验的可行性和代表性。在试验矩形管与实际明渠的泥沙起动流速转换过程中,并未考虑不同水柱高度下曼宁糙率系数的变化,这方面还有待进一步研究。     

宽级配非均匀沙运动特性研究

为了探索泥沙在水力作用下的运动规律,通过水槽试验,对均匀沙、连续和不连续宽级配非均匀沙的沙床发生起动和冲刷的运动特性进行了观察和对比分析。将均匀沙的沙莫夫公式加以推广,表征了非均匀沙各级运动对应的临界流速与水深及各材料参数的关系,拟合得到了不同种类的沙床发生各级运动对应的临界流速系数。计算结果与试验现象的对比分析表明,与均匀沙相比,连续宽级配非均匀沙一旦发生起动,其颗粒运动更容易加剧形成冲刷;而缺粒径段的不连续宽级配非均匀沙,由于大颗粒的荫蔽阻挡作用,冲刷较难形成。     

Sediment rarefaction resuspension and contaminant release under tidal curren- ts

Based on experiment in tidal flume, this paper analyzes the sediment rarefactive phenomenon and hydraulic characteristics of sediment resuspension with different physical properties under the effect of tidal current. According to this experiment, sediment resuspension is related to the hydraulic characteristics of overlying water and its own dry density, namely the moisture content of sediment and deposition time. Generally, river sediment can be classified into the upper layer of floating sludge and lower layer of deposit sediment. Incipient velocity goes higher as the sediment layer goes thicker. Based on the experiment, incipient velocity formula of sediment can be obtained. There is a cohesive force among natural fine sediment whose resuspension is almost irrelevant to their diameters. Therefore, the critical incipient velocity is determined by the cohesive force instead of particle diameter. The lower layer of deposit sediment is generally not so easy to start up. And it will be rarified and release into the overlying water when contacting with overlying water. However, this rarefaction release velocity is gentle and slow. Under the same flow condition, annual loss amount of lower layer deposited sediment is about one fifth of upper layer of floating sediment. Flow velocity of tidal river and variation of the water level are asymmetrical, both of which vary under different tidal cycles. During long tidal cycle, flow velocity and water level change in the same phase and amplitude with tide. During the whole ebb and flow, flow direction does not change as the water level goes under the influence of acceleration and deceleration. As the tide cycle increases, the incipient velocity of sediment goes higher. This means that the long period tide cycle plays buffer effect on the resuspension of sediment, which makes the sediment not so easy both to start up and to suspend.     

回流泥沙起动规律的试验研究

本文利用水槽概化模型，对回流的泥沙起动规律进行了试验研究，讨论了它与一般顺直明渠流中泥沙起动的差异，分析了回流泥沙起动的基本特性和规律，建立了回流泥沙起动的临界判别公式，经验证与试验资料吻合良好。     

减速流条件下床面泥沙起动试验研究

减速流在工程上称为壅水,为非均匀流的一种流态形式。减速流下的床面泥沙起动研究成果,在水利工程中有着重要的应用价值。通过该条件下的河道开展概化水槽试验,结合天然实测资料以及4家经典的起动流速公式对比分析,结果表明4家经典公式均较适用于水槽试验中的减速流条件,只是在起动粒径的选择上略有差异。根据水槽试验的成果得出选取取样标准为床面泥沙起动标准具有较好的精确性,选取d₉₅作为起动的代表粒径;并验证了减速流条件下泥沙起动大体满足希尔兹曲线;通过功率起动公式的验证,得到无量纲起动功率为0.019 1,可以将其作为床面泥沙起动的标准。