泥沙起动条件及机理的非线性研究

 分析了单颗粒、均匀沙及非均匀沙的起动现象及其机理，认为泥沙的起动属于突变论研究的范畴。从泥沙起动所遵循起动条件的力学规律出发，导出泥沙起动条件方程。在此基础上，利用尖点突变性质对各种泥沙起动现象及机理进行了描述和说明。     

泥沙起动条件的非线性理论

本文根据突变理论。分析了非均匀沙起动尖点突变模型的状态变量和控制变量,从尖点突变的标准方程出发,通过坐标变换和拓扑变换得出泥沙起动时的水流条件与泥沙因素之间的函数关系式,建立了能反映泥沙起动的尖点突变模型,得到泥沙起动的临界条件方程。并用尖点突变理论对泥沙起动现象进行了解释。     

非均匀沙荫暴作用及起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动的判别条件。建立了公切角与颗粒暴露度关系式，推导了在平均情况下，以平均粒径代替起动颗粒上游泥沙时的颗粒平均暴露度。把非均匀沙的荫暴作用与其在床面位置和起动粒径相联系，起动力臂以公切角表示，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导、建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式。给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组共133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。     

非均匀沙分级起动切应力探讨

在考虑水流条件、床沙组成的基础上,通过对泥沙颗粒受力分析,建立了滚动平衡方程式,得出非均匀沙分级起动切应力公式.在建立公式的过程中考虑了床沙非均匀性对起动的影响,定义了附加作用力G,并将其引入公式中.通过实验数据的验证表明公式的计算结果与实验数据符合良好.     

均匀沙起动判别标准初探

根据位于床面上泥沙颗粒的受力特点，取各力力臂为常量，推导得到泥沙颗粒瞬时起动力矩的概率分布为正态分布。经分析，指出床面上泥沙颗粒起动数量服从ｎ重贝努利试验，其概率服从二项分布，建立了单颗泥沙起动概率与床面上每百颗泥沙中起动颗粒数之间的关系式，并对其中各特五值进行了计算，所得结果可供今后泥沙起动宣化标准的确定和完善作参考。     

无粘性均匀沙的起动条件与起动标准

根据现有，直接导出了起动切应力、起流速与起动概率之间的关系。利用这些关系，讨论了国内外数十种无粘性沙起动条件所对应的起动概率，从而为合理选用起动公式提供了科学依据。     

均匀沙起动流速研究

从均匀沙起动的特点出发，阐述了其运动机理，分析泥沙颗粒受力时，除考虑拖曳力，上举力和下水重力外，还应考虑由于颗粒相对暴露度而产生的附加质量力。验算表明，提出的附加质量力的概念及其表达式是合理的。采用滚动起动模式，通过对附加质量力的要领有主表达式和相对暴露度参数的引入，推得了均匀沙起动公式，并用实测资料进行了验证，同其它学者们的公式相比较为合理，该系数包含了其它公式。同时还得到了包括粘性沙在内的均匀的起动流速公式，说明本公式基本能反映均匀沙的起动特性。     

非均匀沙起动机理及起动流速

首先指出所谓宽级配泥沙,包括卵石等的起动流速必须按非均匀沙来研究。进而阐述了非均匀沙推移质低输沙率规律,导出了其理论表达式,并进行了数值计算。根据这个低输沙率关系,只需要选定起动标准就能确定起动流速。接着引进了非均匀床沙综合起动流速概念,给出了综合起动流速公式,并以实例说明其合理性。最后讨论了非均匀沙处于起动状态时的分选情况。     

不同底坡的均匀沙起动条件

在讨论了床面均匀沙颗粒起动标准、起动概率及隐暴度的基础上，采用泥沙滚动平衡模式推导了不同底坡的均匀沙起动条件，并给出了起动切应力计算式中参数的取值。经验证，由起动切应力转化为起动流速的计算结果与试验实测值较为吻合。     

非均匀沙起动条件探讨

在考虑水流条件、床沙组成的基础上,通过对泥沙颗粒受力分析。建立了滚动平衡方程式,得出了非均匀沙 分级起动切应力公式。在建立公式的过程中考虑了床沙非均匀性的影响。定义了附加作用力G,并将其引入公式中。 通过实验数据的验证表明公式的计算结果与实验数据符合良好。     

非均匀沙分组起动规律的研究

本文在分析了非均匀沙起动情况后，采用输沙率法和分组相对输沙率法判别非均匀沙起动如果用其平均粒径d。来表示非均匀沙，则起动切应力和相同粒径的均匀沙近似，分组起动情况小颗粒由于受大颗粒的隐蔽作用鞍同等粒径的均匀沙需要较强的水流条件．相反大颗粒由于受暴露的影响比相同粒径的均匀沙容易起动．各粒径组的起动切应力可用公式(11)求出，     

Shear velocity criterion for incipient motion of sediment

The prediction of incipient motion has had great importance to the theory of sediment transport. The most commonly used methods are based on the concept of critical shear stress and employ an approach similar, or identical, to the Shields diagram. An alternative method that uses the movability number, defined as the ratio of the shear velocity to the particle＇s settling velocity, was employed in this study. A large amount of experimental data were used to develop an empirical incipient motion criterion based on the movability number. It is shown that this approach can provide a simple and accurate method of computing the threshold condition for sediment motion.     

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。     

渗流作用下岸坡泥沙起动流速研究

渗流和冲刷作用是河流岸坡发生崩岸的重要因素。基于概率论与泥沙运动基本原理,引入起动概率及相对暴露度,采用滑动起动模型,推导了渗流作用下岸坡泥沙起动流速的统一公式,弥补了已有研究成果缺乏对泥沙起动概率和渗流力考虑的不足。在简化的起动边界条件下,所得公式可以简化为顺直岸坡、正负坡以及平坡等条件下的起动流速公式。经过有渗流力及无渗流力两种起动条件下的实测资料验证,表明所得公式计算结果与实测数据符合良好。相关结果有助于深入理解泥沙起动及河道岸坡崩岸机理。     

基于三维泥沙颗粒相对隐蔽度的底坡上散体沙起动初步研究

以三维泥沙颗粒相对隐蔽度为基础,推导了以颗粒隐蔽度和床面坡度为参数的散体沙起动流速公式,证明了宽级配散体非均匀沙的起动特性,论证了一系列诸如“完全隐蔽”、“极限跳跃”、“临界暴露”等概念的物理意义,分析了紊流粗糙区Shields带状曲线的成因,最后建立了底坡上散体均匀沙起动条件不同起动标准下对应的数值关系,并进行了讨论.     

非均匀沙起动规律研究

从非均匀沙受力分析出发，将非均匀泥沙起动所受到的附加作用力分为两部分。用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙不均匀性的起动流速公式。利用天然河流实测资料和水槽实验资料率定计算公式中的系数，并用其它天然河流和水槽资料进行了验证。结果表明，公式的计算值与天然河流的实测值和水槽实验的实验值符合较好。     

弯道岸坡上粗细泥沙统一起动流速公式

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起动概率考虑的不足。公式综合了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等条件下粗细泥沙颗粒起动流速计算,可简化为各简单条件下泥沙起动流速公式。通过各简单条件下泥沙起动流速实测资料验证,该文公式与实测数据符合良好。     

模型沙起动流速公式的研究

对现有泥沙起动公式的分析表明细颗粒泥沙起动流速大于试验值,本文利用大量的模型沙起动流速试验资料,对不同材质、粒径的各种模型沙,建立了起动流速的通用计算公式,该式与试验资料吻合良好。通过研究模型沙的起动状态与起动流速的变化规律,指出模型沙个别起动、少量动、普遍动对应的起动流速间具有线性关系,进而给出了模型沙不同状态的起动流速计算公式。     

泥沙起动过程中床面切应力与含沙量关系的试验研究

以长江口细颗粒泥沙为样本进行环形水槽起动试验,给出了三组不同中值粒径泥沙的起动流速和临界起动应力,同时用湍动能法(TKE)估算不同含沙量水体的床面切应力,给出了泥沙起动过程中床面切应力与含沙量之间的关系。床面切应力随着含沙量的增加而增加,当含沙量达到某一浓度后,床面切应力增长缓慢,随着含沙量的再增加,床面切应力再次迅速增高,而不同中值粒径的泥沙,增长速度并不一致,说明泥沙对床面切应力的影响并不仅仅表现在含沙量上,粒径大小也是影响床面切应力的重要因子之一。