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非均匀沙运动特性研究

何文社  
【摘要】: 非均匀沙运动规律,是泥沙运动力学及河流动力学领域里的一项重要研究课题。在全面回顾泥沙输移研究成果的基础上,从泥沙起动的特点出发,对推移质运动特性作了进一步探讨。在分析脉动流速、起动标准及泥沙颗粒在床面的相对暴露度、附加质量力和等效粒径等问题的基础上,分别从力学角度——附加质量力和几何角度——等效粒径对非均匀沙运动的规律进行了较系统的理论分析及试验研究。采用力学与统计原理相结合的方法,推导了泥沙起动的临界条件、推移质输沙率及其级配以及粗化层形成机理和稳定粗化层级配的计算方法等,其主要研究内容如下: 考虑水流脉动、床面泥沙颗粒相对暴露度及起动标准,对床面单个泥沙颗粒,分别从力学角度和几何学角度进行了探讨,提出了相应的附加质量力和等效粒径的概念及其表达式。推导了计算泥沙起动的临界无量纲切应力参数的公式,并将其转换为临界起动流速公式。该公式包含了与起动标准、颗粒相对暴露度及泥沙组成有关的参数。 对床面泥沙颗粒的绝对暴露度Δ及相对暴露度系数ξ进行了定义,并对其取值进行了理论分析,结果表明床面表层泥沙颗粒的相对暴露度取值并非常量,而是位于一个区间,即0~1。对计算起动临界条件公式中的系数,不是采用传统的多元回归分析,而是通过理论分析及计算予以确定。在弱动及中动标准下,床面泥沙颗粒起动的最小无量纲切应力参数分别为0.020及0.029。在等效粒径的基础上,对水流流速计算公式中的糙率尺寸k_s进行了探讨,并提出了一种相应的计算方法。 四川大学博士学位论文 非均匀沙运动特性研究 一 在前人研究的基础上,建立了非均匀沙的推移质输沙率公式。在同一起动 标准下,输沙率随床面泥沙颗粒的相对隐蔽程度的增大而减小。并探讨了计算 床面泥沙颗粒起动最大粒径及小于起动最大粒径的泥沙颗粒停留在床面概率的 计算方法,在此基础上得到了平衡输沙时推移质级配的计算方法。 在对清水冲刷粗化机理的探讨及试验资料分析的基础上,提出了计算稳 定粗化层级配的通式,通过对通式中指数取值的分析,得到不同的计算方法。 对以上研究成果,用试验室试验资料及外野观测资料进行了验证,吻合情 况良好。


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