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静态高含沙浑水剪切力及对渭河洪水影响的初步研究

郑学萍  
【摘要】: 渭河中下游地区是陕西省政治、经济和文化中心区域。近年来,由于渭河下游严重淤积,再加上高含沙水流的特性,导致了小水大灾的局面,并严重的制约了渭河下游地区的经济发展。作为治理黄河的组成部分,渭河下游河槽萎缩研究成为陕西省重点基金科研项目被提上了日程,同时渭河作为典型的细颗粒含量较大的高含沙河流,也引起了人们的关注。 作为陕西高校省级重点实验室重点科研项目:《渭河下游河槽萎缩机理及其对防洪形势的影响研究》的一部分,本论文探讨了渭河洪水传播历时延长,河床演变剧烈等现象,认为造成这些现象的原因之一是高含沙水流的静止剪切应力作用。静止剪切应力是指静止状态下高含沙水流的剪切应力。除曹如轩在进行异重流研究时对静态剪切力进行过初步探讨外,很少有人进行系统的研究。本论文通过实验并结合实际研究了高含沙水流的剪切力随静止时间的变化。论文的主要研究内容和成果如下: 1.通过对实测资料的分析得出,含有一定量细颗粒的高含沙洪水容易在滩面和河槽边壁附近形成贴边淤积,而且贴边淤积是造成河道萎缩的主要原因之一。 2.渭河洪水传播历时增长的原因是宾汉极限剪切力增大、河道萎缩、纵比降变缓、滩地高秆作物等,其中宾汉剪切力是主要原因之一。 3.利用沉降管对3种泥沙粒经级配和18种含沙量悬浮液进行了τ_静随静止时间t变化的实验;和以电子天平为工具,对3种级配,12组含沙量试液做了相同的实验。 4.实验结果表明,含有相当百分含量的细颗粒泥沙高含沙浑水,其含沙量达到一定值时,它的流型已由与时间无关的非牛顿体,变为与时间有关的非牛顿体,且静止一段时间后,剪切力不再是宾汉极限剪切力τ_ B,而变成大于τ_ B的一种剪切力τ_静。τ_静随着静止时间的增长,逐渐增大,而且增长速率越来越慢,达到一定时间段就会保持不变。 5.静态剪切力τ_静的大小不仅与时间有关,而且与泥沙粒径成反比,与含沙量大小成正比。 6.以前判断高含沙水流继续运动的条件是τ_ B τ_0,通过试验及实测资料分析得出,判断高含沙水流继续运动的条件不再是τ_ B τ_0,而是τ_静τ_0。


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