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卵砾石几何形状对起动的影响研究

罗羚源  
【摘要】:山区河流形态多变,坡陡流急,泥沙运动以卵砾石推移质为主,水沙运动规律较为复杂。泥沙起动是河流动力学及河床演变学中的基础性问题,迄今为止,国内外学者所提出的无粘性颗粒起动公式已有100个左右,但考虑泥沙颗粒几何形状对起动影响的研究成果鲜见。所以开展几何形状对卵砾石起动规律的影响研究,具有十分重要的理论意义。 本论文收集了长江重庆河段九龙滩处的实测卵砾石资料,根据目前描述颗粒形状相关参数的不足之处,提出了一种新的描述颗粒形状参数——椭球体饱满度Π,并分析实测卵砾石Π的分布情况和分布函数。 影响粗颗粒泥沙起动的关键因素除了水深H,流速V、比降J和河床糙率n这四个因素外,还与颗粒几何形状有关。据此展开几何形状对起动影响情况的理论和试验分析,总结其规律性。试验过程中发现,在颗粒质量和颗粒形状双重因素的作用下,两种模型沙均呈现出标准颗粒起动所需临界单宽无量纲起动流量数q *值最大,条形颗粒次之,近似颗粒最小的现象,随后采用单因素分析方法,通过引入椭球体饱满度,将起动颗粒质量转换到近似相等的层面上,得出能够反映颗粒几何形状影响的起动功率和流速公式。 最后,分析了天然砾石和煤颗粒在起动方面的相关关系,发现这两种不同材质沙样在起动方面差异较小,试验中可以利用煤颗粒代替天然沙,但必须注意到两种之间的误差值随着形状系数S.F.的增大呈现出增大的趋势,在试验数据处理时,应该根据所建立的转换关系式对煤颗粒试验数据进行修正,确保试验用沙能够反映出天然沙的特性。


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