弯道环流流速公式的验证与比较

弯道环流流速公式是弯道水力学理论研究的重要内容.给出了弯道环流流速公式的一般理论推导过程,归纳了国内外5种具有代表性的环流流速公式,即罗索夫斯基公式、张红武公式、Odgaard公式、孙东坡公式以及罗索夫斯基修正公式,并采用弯道水槽及模型资料予以验证和比较,同时对3种罗氏公式的近似式进行了验证.验证结果表明,罗氏公式的3种近似式中,只有丁君松的近似式是精度较高,其它两种均有较大偏差.5种代表性的环流流速公式,张红武公式的精度高和可靠性强,其次是罗氏公式和Odgaard公式,孙东坡公式与张红武的实测资料存在一定偏差,而罗索夫斯基修正公式的形式不尽合理,在近底区域与实测资料分歧较大,甚至与定性规律相悖.     

考虑弯道环流影响的平面二维水流泥沙数学模型

弯道环流是影响断面流速和含沙量分布的重要因素。本文提出了通过求解立面二维弯道环流运动的方法,在平面二维水流泥沙数学模型中考虑弯道环流的作用。该方法适用范围广,增加计算工作量不太大。     

弯道环流悬移质横向输沙公式研究

为解决现有的弯道悬移质横向输沙公式形式复杂、不便使用的问题,对Odgaard线性环流流速公式进行了简化,同时,以简化的环流流速公式和Laursen悬移质含沙量公式为基础,推导了弯道悬移质横向输沙率公式。公式验证结果表明:①简化后的线性环流流速公式形式简单,与实测资料符合较好;②推导得到的弯道悬移质横向输沙率公式变量较少且形式简单,在无高精度计算弯道悬沙横向输移的要求下,可用于实际工程的近似计算;③弯道环流引起的下部输沙量始终大于上部的输沙量。     

弯道纵向垂线平均流速的分布

本文从连续性方程的讨论出发,建立了沿垂线积分的弯道水流纵向运动方程.根据弯道水流纵向运动方程,提出了弯道水流纵向垂线平均流速计算公式.此公式获得了与弯道水流实测试验成果基本吻合的计算成果.由纵向垂线平均流速分布公式,进一步导出了水流出弯后流速调整段长度的计算公式.同时,根据理论公式,分析了各种因素对弯道水流平面特性的影响.     

弯道建坝对纵向流速分布特性的影响

采用U形弯道模型,研究在弯道出口顺直段上建坝及不同坝高对水流纵向流速分布特性的影响。试验结果表明:在弯道上建坝后水流的纵向流速变小,且坝越高流速越小,坝前顺直段流速偏离系数增大;高坝对弯道流速沿程变化规律的影响比低坝大;建坝后弯道水流的流速分布比无坝时更均匀对称;低坝对水流纵向流速在垂线上分布规律的影响不大,高坝会使纵向流速在垂线上的变幅减小。     

考虑浆体黏度的泥石流流速计算方法

泥石流浆体黏度通过影响泥石流内、外部的阻力特征影响泥石流的糙率系数,泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系还没有基于观测数据的定量表述。通过对云南东川蒋家沟泥石流观测资料的分析,研究泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系,并通过回归分析得到考虑浆体黏度的泥石流糙率系数计算公式,最后基于此构建了考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式。结果表明,随着泥石流浆体黏度的增加,泥石流糙率系数逐渐增加,浆体黏度在宏观上表现为增阻作用,考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式改进了现有公式在计算浆体黏度较高的泥石流流速中的不足。研究结果可为进一步研究浆体黏度对泥石流运动阻力的影响提供参考,也为工程实践中的流速计算和增阻消能设计提供新的思路。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同 ,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下 ,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式 ,并进行了合理性分析 ,认为在相同的纵向流速条件下 ,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式,并进行了合理性分析,认为在相同的纵向流速条件下,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

黏性泥石流残留层的床面减阻研究综述

黏性泥石流运动理论的核心问题在于确定黏性泥石流运动阻力和流速。但由于其运动的复杂、流态的多样,导致了阻力准确计算的困难,也制约了泥石流运动流速和流量公式的建立和推广应用。关于黏性泥石流的运动阻力问题,目前多聚焦于泥石流固液间相互作用的内部阻力关系,鲜见对于其床面阻力的研究。介绍了黏性泥石流的典型运动过程—"铺床",描述了铺床过程形成的残留层导致床面减阻现象,概述了目前国内外各泥石流运动模型对泥石流阻力的研究,并总结了残留层导致减阻的可能原因和目前多采用的床面阻力计算方法。认为残留层导致的复杂减阻效应,是黏性泥石流运动尤其是高速运动研究中不可忽视的一部分,但目前各类模型和水力学经验公式都无法概化黏性泥石流运动床面的阻力变化。鉴于此,提出了未来可开展的工作:(1)认知"铺床"导致的残留层的形成和发展过程;(2)探讨残留层床面减阻机制;(3)研究残留层床面阻力计算。     

泥石流浆体流变参数的计算方法及其扩展性研究

利用云南东川蒋家沟泥石流的浆体流变实验数据，对现有流变参数计算公式进行优选，并讨论优选出的浆体流变参数计算式扩展到全粒径泥石流体的可行性。结果表明，Mooney公式和Krieger-Dougherty公式计算泥石流浆体的刚度系数精度较高，费祥俊公式和指数公式计算泥石流浆体的屈服应力精度较高；将这些公式应用于泥石流体时，对于密度较高的泥石流体不同公式的计算结果差异很大，总体而言费祥俊公式计算的屈服应力较为合理，对于粘性泥石流，利用浆体刚度系数并通过Krieger-Dougherty公式考虑粗颗粒影响的方法得到的刚度系数比较合理。本文的研究结果可以为泥石流动力学计算和防治工程设计提供参考。     

泥石流龙头运动的实验研究及能量理论

本文采用多种卵石进行水流冲刷沟床沉积物发展形成两相泥石流的实验，研究了泥石流的形成和发展过程，发现了形成泥石流的临界坡降与沟床卵石粒径的关系，揭示泥石流头部隆起高度与龙头卵石粒径成正比，提出了小卵石瞬时速度高而大卵石平均速度高的碰撞分选机理。本文建立了龙头运动的能量理论和泥石流平均速度的理论公式，并成功地计算了泥石流运动的平均速度。     

基于固液两相流模型的泥石流流速垂向分布研究

泥石流流速的垂向分布是泥石流运动理论中的核心问题之一。以固液两相流模型为基础,分析了泥石流中两相速度相等与不等条件下的本构关系和泥石流流速垂向分布的计算方法;在二维恒定均匀流的条件下,考虑两相之间的相互作用,推导层流和紊流流态下泥石流中液相和固相速度的垂向分布公式,并采用不饱和水石流的试验数据进行了验证。结果表明:泥石流两相之间的速度差异是描述两相之间相互作用的根本所在;泥石流固相浓度与本构关系中的模化参数均有关联,是流速垂向分布计算中的重要参量;基于两相流模型的泥石流流速垂向分布公式比现有公式更具普遍意义,且其计算结果能与试验数据较好吻合。     

水力光滑明渠流流速分布的新公式

采用一个新的湍流黏性模型研究水力光滑明渠流的流速分布,得到的结果与以往在明渠中所测的实验数据吻合较好。基于这个湍流黏性模型,推导出一个新的光滑明渠流外部区域的流速亏损规律,该表达式可以推广到内部区域,并提出一种新的确定内部区域流速分布的近似方法。运用本文给出的公式计算结果与由多普勒激光流速计所测的实验数据吻合良好。在只给出平均流速和水深的情况下,根据本文给出的公式可求得内外区域流速分布。     

基于正交试验的黄土泥流运动分析

中国西北地区广泛分布着黄土且较厚,近些年,由于人们对泥流沟道的改造和环境的变化,泥流灾害在黄土地区不断加剧。本次研究,利用泥流沟道模型结合正交试验设计研究泥流的运动特性,得出流量对泥流平均速度影响最大,其次是容重,最后是坡度。泥流瞬时速度随时间变化表现出波的一些特性,波峰、波谷的交替变化表明,泥流运动时下垫层、沟谷形态对泥流运动影响较大。容重一定时,流量越大,瞬时速度变化范围越大。泥流在运动过程中存在明显的阵流,流量越大阵流次数越多,可以建立某一地区的阵流图,为泥流的预警和防治提供参考。     

泥石流输砂能耗及运动速度与阻力的计算方法

泥石流由于其固体浓度高，物质组成的粒径范围很宽、运动机理十分复杂，因而泥石流治理实际工作中急需解决的问题，如泥石流运动速度及阻力等的计算，迄今未能取得满意的结果。本文根据泥沙运动力学理论，分析泥石流中不同粒径固体运动形式及其消耗，从宏观的能量角度提出各类泥石流的运动速度与阻力计算的新途径，其结果可供实际工作者参考应用。     

水石流的输沙浓度与流动速度

自然界水石流以粗颗粒为主体 ,仍有一部分作悬移运动的细颗粒存在 ,这种情况下 ,水石流输沙浓度不仅与沟道纵坡有关 ,还与细颗粒含量有关。研究表明 ,水石流中细颗粒的存在 ,其输沙浓度比相同纵坡下没有细颗粒时有很大提高。由于水石流中细颗粒所占比重小 ,故其液相流速可以通过对一般水流流速公式的阻力因子进行修正获得。水石流的流速随其浓度增加而减少 ,在相同浓度下 ,水石流流速还因细颗粒含量大小而变化 ,在浓度较低时 (Sv <0 4 5 )影响还不明显 ,在浓度较高时 (Sv>0 4 5 ) ,细颗粒含量增加 ,使同浓度水石流的流动速度提高。笔者求得的水石流流速公式 ,经实际观测资料检验 ,结果满意     

粘性泥石流的输沙浓度与运动速度

作者通过泥石流运动机理分析，并引用我国粘性泥石流流速的野外实测资料统计，得到能反映泥石流特性的粘性泥流速度公式，这一结果通过我国西南地区各粘性泥石流沟的实测资料检验，表明具有一定的实用价值。     

一种修正的软土次固结计算公式

通过室内压缩试验研究了软土次固结系数与压力的关系,结果表明可以分别用幂函数和双曲线函数拟合超固结土和正常固结土的次固结系数-压力关系曲线。在试验研究的基础上,考虑压力大小影响和计算收敛特征,对常规次固结计算公式进行修正,提出了一种次固结计算修正公式。工程实例计算结果表明,修正公式能更好地反映软土的次固结特性,具有一定的工程应用价值。