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《沈阳农业大学》 2017年
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植草护岸糙率试验研究及数值模拟

李洋  
【摘要】:植被是生态护岸工程中常采用的生态工程措施,植被可以减缓近岸流速,且能够加固根系和制约土体,有效防止水流对河岸的侵蚀。但是植物的存在改变了岸壁原有的糙率,增大了水流阻力,影响水流流态,导致部分岸坡及河床产生泥沙淤积,影响河道原有的过流能力。目前对植被与水流相互作用机理及采用草皮护岸后对原有岸坡糙率的影响的研究还较少,为此本次采用物理试验法和数值模拟法两种方式进行植草护岸水流阻力特性的研究分析,研究成果可为护岸工程技术人员提供理论及设计依据。本次室内物模试验选取代表性植物高羊茅为试验用草,对18组工况下草皮试件进行冲刷测量并对试验结果进行系统地分析研究。试验发现,植草护岸糙率值的大致范围为0.021~0.083,主要与水流条件、植物种植高度、种植密度有关。将试验所得数据与力学理论相结合,分析了植草护岸糙率的影响因素及其变化规律,结果表明:植草高度每减小6cm,糙率值减幅20.5%~28%;植草密度每增大1倍,糙率值增幅28.2%~36%;当坡面水深与植草高度的相对高度Dr0.44时,糙率值随着坡面水深的增加而增大;当坡面水深与植草高度的相对高度0.44Dr1时,糙率值随着坡面水深的增加呈减小趋势;当坡面水深与植草高度的相对高度Dr1时,糙率值趋于稳定。利用室内物理试验所得试验成果,对植草护岸水流阻力特性进行了数值模拟。建立标准k-ε方程湍流数学模型,利用计算流体力学进行数值计算。采用VOF法进行自由面处理,将植草段简化为多孔介质段,假定多孔介质模型对湍流结构没有影响,通过体积排水法确定多孔介质模型的孔隙率。将数值模拟结果与试验测得结果进行对比分析,结果吻合良好,验证了该物理试验的可行性。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q948;TV861

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