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泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用

孟震  
【摘要】:泥沙起动研究为泥沙运动基本理论体系中一个非常重要的组成部分,两个半世纪以来,人们逐步探索了关于散体均匀沙、散体非均匀沙、粘性均匀沙以及粘性非均匀得等泥沙起动相关的一系列难题。由于研究泥沙起动的手段不同,这使得人们在泥沙的起动机理、起动条件、起动指标、起动特性等一系列问题的认识不能趋于统一。试验表明:对宽级配非均匀沙来讲,“大颗粒”较之同粒径的均匀沙易于起动,“小颗粒”较之同粒径的均匀沙难于起动,“中等颗粒”与同粒径的均匀沙起动条件相当。泥沙颗粒之间的隐蔽与暴露作用逐渐被人们所认知,绝对隐蔽度(暴露度)、相对隐蔽度(暴露度)、暴露(隐蔽)系数等一系列问题也逐渐成为研究热点与难点。 相对隐蔽度与绝对隐蔽度是泥沙颗粒隐蔽度研究中的两大组成部分。受试验条件的限制,泥沙颗粒隐蔽度的研究进展并不顺利。韩其为提出了泥沙颗粒相对隐蔽度的概念,并将其应用到了泥沙起动的研究中,同时也通过试验进行了一定的验证。本文在继承韩其为研究思想的基础上,着重研究了泥沙颗粒相对隐蔽度及其应用,主要内容包括如下三个方面: (1)不同维度的泥沙颗粒相对隐蔽度研究: 基于韩其为二维泥沙颗粒相对隐蔽度的定义,提出了三维泥沙颗粒相对隐蔽度的概念;给出了不同定义下的散体均匀沙和非均匀沙相对隐蔽度统计意义上的计算式;探讨了泥沙颗粒相对隐蔽度的分布规律;提出了基于泥沙相对隐蔽度的宽级配非均匀沙中“大颗粒”、“小颗粒”、“中等颗粒”的概念。 (2)基于泥沙颗粒相对隐蔽度的散体沙起动研究: 采取滚动模型来研究散体沙在底坡以及岸坡床面上的起动问题,建立了对应的泥沙近底作用起动流速公式;提出了一系列诸如“完全隐蔽”、“伪完全隐蔽”、“极限跳跃”、“临界暴露”等概念;论证了宽级配非均匀沙的起动特性;分析了Shields带状曲线的成因;建立了散体沙无因次起动切应力与泥沙颗粒相对隐蔽度在不同起动标准下对应的数值关系。 (3)基于泥沙颗粒相对隐蔽度的物理实验研究: 对泥沙界最基本的认识“泥沙颗粒水下休止角等于内摩擦角”提出质疑,通过实验发现了泥沙颗粒水下休止角小于内摩擦角。


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