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推移质动床模拟模型沙研究

颜雪丽  
【摘要】:推移质泥沙运动是泥沙运动力学和河流动力学研究的基础性问题之一,而推移质泥沙运动的模拟一般都采用动床河工模型来进行。河工模型中保证模型和原型泥沙运动及河床变形相似的关键是模型沙的选择问题,目前选择适宜的模型沙是一个比较困难的问题,因此全面了解模型沙性质是提高泥沙模型试验技术的关键之一。 本论文以“十二五”国家科技支撑计划项目“长江上游航运开发关键技术研究”课题三《三峡水库变动回水区末端段航道治理研究》(项目编号:2012BAB05B03)为依托,从以下角度进行推移质动床物理模型模型沙选择的研究: ①对所选取的196颗6~12mm的荣昌精煤、118颗6~12mm砾石以及47颗10~30cm卵石的形状参数(形状系数、扁平度以及球度)进行了统计分析,结果表明这三个参数无法区分出天然沙和轻质沙煤颗粒的差异性,进而引入参数椭球体饱满度,其统计分析结果表明轻质沙的椭球体饱满程度较低,形状呈条形状,而天然沙的椭球体饱满程度则较高,呈近似椭球体状。 ②对于不同级配的天然沙和轻质沙在不同工况的127组起动试验和87组推移质输沙率的试验结果显示在进行推移质动床模型试验时,天然沙和轻质沙遵循相似的运动规律,但120余组的沙波形态试验结果表明天然沙与轻质沙在波长、波高和沙波形态方面均存在着差异,因此在水流强度较大可能出现沙波形态时尽量选用天然沙作为模型沙; ③推移质动床物理模型模拟河床冲淤试验结果表明天然沙模拟航槽回淤形成的淤积形态及淤积部位都与原型十分相似,而轻质沙模拟时与天然情况完全不符,因此在进行推移质动床模型模拟冲淤时选择天然沙作为模型沙更具有相似性; ④提出推移质动床模型的设计方法,即在水流强度较大时,应该尽量满足正态、小比尺、天然模型沙,以保证推移质动床模型泥沙运动与冲淤变形的相似性。


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