水利工程截流中铅丝石笼起动流速的分析

为探索水利水电工程立堵截流中铅丝石笼起动流速变化的趋势规律,通过制备不同规格的石笼模型,在工程所在省水利科学研究院水工厅展开物理模型试验;又应用FLOW3D流体力学分析软件进行了不同规格铅丝石笼起动状态及流速的模拟分析。结果表明,扁形和条形六面体石笼在水体中的稳定性最佳,模拟结果与物理模型试验结果基本吻合,也验证了分析结论的准确性。

适用于明渠流及冰盖流的统一泥沙起动流速计算方法初探

冰盖是北方高寒地区河流冬季常见的一种自然现象。冰盖的出现改变了河流的运动状态,由原来的明渠流变为覆盖流。受冰盖糙率影响,垂线流速分布相应变化,进而影响河床泥沙输移。为进一步探讨冰期河床泥沙输移演变规律,基于Einstein假定,采用滚动起动模型,考虑冰盖下糙率变化、黏性淤积物干重度、相对暴露度对泥沙起动的影响,从理论上推导出了适用于冰盖流的泥沙起动流速公式,并与已有试验数据对比,相对误差集中在1%~10%之间;同时,探讨了本文公式对于明渠泥沙起动的适用性,即当冰盖糙率为0时,可视为明渠流泥沙起动流速计算公式,与实验数据对比,相对误差范围为0%~0.86%,亦可满足计算精度要求。

考虑颗粒暴露角的宽级配泥沙起动流速公式研究

堰塞坝坝料不均匀性强、级配范围宽,为了准确计算该工况条件下的泥沙起动问题,对泥沙颗粒暴露角进行了分析,引入底床坡度、泥沙颗粒的纵、横向暴露角,以泥沙滚动模型为基础建立了宽级配泥沙起动流速计算公式,并对计算式进行了合理性验证和敏感性分析。结果表明:底床坡度与泥沙颗粒的起动流速整体呈现负相关关系,但影响程度受颗粒暴露程度的影响明显,随着颗粒暴露度不断增加,底床坡度对其起动流速影响逐渐增强,泥沙颗粒纵、横向暴露角与其起动流速整体成负相关关系,但影响规律有所不同,床面粗颗粒处于暴露状态时,决定该颗粒起动的主控因素为颗粒粒径,处于隐蔽状态的细颗粒起动流速较大,床面坡度对其起动流速的影响较小。

薄层水流冲刷条件下斜坡土体的临界起动

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象,其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件,采用自主研发的冲刷起动试验装置,开展斜坡土体的冲刷起动试验和理论研究。通过颗粒染色和高倍数电子显微等技术手段观测无黏性土颗粒的起动现象,确定了无黏性岸坡土体的起动模式与水流流速的相互关系;探索了不同干密度、不同黏粒含量及不同坡度与黏土斜坡临界起动流速的相互关系,土体的黏粒含量、干密度及坡度对黏性土体的起动流速影响较大,与干密度和土体坡度相比,黏粒含量对黏土斜坡的起动流速影响更为明显。验证了无黏性岸坡土体的临界起动方程,其中滚动起动流速方程具有较强的可靠性;基于黏土的起动模式构建了黏土斜坡的起动力学平衡方程,获得了黏土斜坡半经验半理论的起动流速方程,用试验结果求解了起动流速方程的相关参数,最终确定的起动流速公式与试验结果拟合度较好,同时验证了起动流速公式的可靠性。

唐家山堰塞湖下游河床泥沙起动流速研究

对均匀沙在陡坡上的起动机理作了分析。利用几何关系对均匀沙的暴露度概率密度函数进行修正,修正后的概率密度函数随着相对暴露度的变化而变化,并且有实验数据的间接支持。运用概率论与力学相结合的方法,以相对暴露度为基础,导出了泥沙颗粒力臂的数学期望,进而导出了考虑均匀沙隐暴效应的起动概率表达式。在起动概率的基础上建立了陡坡上均匀沙的起动流速公式。通过已有的陡坡均匀沙起动流速试验数据,确定了计算公式的参数。野外资料表明所得公式同时也适用缓坡的起动流速。分析表明:随着冲刷的进行,唐家山堰塞湖下游河床坡度变缓,泥沙起动流速变大。从而抑制河床的变形。

粗细化过程中的非均匀沙起动流速

本文对处于淤交替 (粗化细化 )过程下的宽级配非均匀沙起动特点进行了分析 ,文中首先探讨了均匀沙起动流速的表达方式 ,然后引入非均匀沙暴露高度和泥沙粒径的关系和研究成果 ,导出了宽级配非均匀沙分级起动流速的计算公式 ,通过实验资料检验符合良好。

泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究——Ⅱ.起动流速计算

泥沙颗粒生长生物膜后,起动流速发生了较大变化。根据生长生物膜后的泥沙起动流速实验数据,考虑天然水体中,生物膜填充于颗粒与颗粒之间形成除水以外新的介质,将生物膜的作用模化为生物膜作用产生的粘连力,再考虑生物膜随时间变化的特性以及基底物理特性的影响等因素,结合泥沙颗粒之间由于薄膜水产生的黏结力、重力等,研究了颗粒在滑动和滚动两种条件下的起动公式。研究表明,滚动和滑动两种条件公式的计算结果基本一致,与实验数据符合良好,能够用来计算不同粒径大小的泥沙颗粒在生物膜生长后的起动流速。

全风化花岗岩突水通道扩展的颗粒起动流速研究

突水突泥是富水全强风化花岗岩隧道施工常见的地质灾害,地层颗粒的流失是导致突水通道扩展的关键因素,其中颗粒达到起动流速是其流失的临界条件。考虑水流冲刷和土体黏结作用,对突水通道断面颗粒进行三维受力分析,导出颗粒的临界起动条件,建立了考虑颗粒粒径、颗粒坡面位置、相对暴露度三因素的颗粒起动流速函数,并利用数值方法分析了上述三因素对起动流速的影响规律。计算分析表明:起动流速随粒径增大先减小后增大,通道断面不同坡面位置颗粒起动流速呈明显的对称性,总体上起动流速随相对暴露度的增大呈增大趋势。采用正交试验法研究了三因素对颗粒起动流速的敏感性,发现粒径对起动流速影响最为显著。同时根据断面颗粒起动最小流速标准及相对暴露度的随机性,简化颗粒坡面位置和相对暴露度两因素,导出颗粒起动流速的简化公式,最后利用室内试验和工程实例验证了该公式的合理性。

振动导致黄河口粉质土性质与起动流速的变化

通过现场试验,研究模拟波浪振动导致的黄河口海床表层粉质土重度与强度的变化;通过室内试验,研究了黄河口海床土重度、强度、中值粒径、起动流速随振动能量的变化;将起动流速的试验测试结果与代表性经验公式计算值进行了比较。发现振动导致黄河口粉质土物理力学指标呈现周期性的变化,进而引起起动流速相应的变化;起动流速不仅与土体重度、粒径、强度有关,还与土体承受的波浪荷载振动能量有密切关系;起动流速经验公式计算结果与试验测试值不吻合。

正负坡上均匀散粒体泥沙起动流速的研究

基于泥沙颗粒间相对暴露度及起动概率对泥沙起动的影响,引入附加质量力,采用泥沙滑动起动模型,推导出适用于正负坡条件下不同起动概率的泥沙起动底流速公式和垂线平均流速公式。在此基础上,引入泥沙颗粒形状修正系数。经实测资料验证,修正后的泥沙起动流速公式计算结果与实测资料吻合良好,不仅适用于均匀泥沙起动,还可以适用于非均匀泥沙起动。与已有的起动流速公式相比,本文公式形式简单,计算精度较高,可以应用于天然河流条件下非均匀泥沙起动流速计算。

斜坡上均匀散粒体泥沙的起动流速研究

以泥沙相对暴露度为基础,采用理论推导方法,得到了斜坡上泥沙相对暴露度的均值。在此基础上,采用泥沙滚动起动模型,得到了斜坡上不同起动概率的泥沙起动流速公式。通过引入修正系数,得到了适用于不同起动概率及不同斜坡上均匀散粒体泥沙统一起动流速公式。通过与不同斜坡起动流速资料及现有的斜坡泥沙起动流速公式比较可知,本文公式与其他公式均具有较高的计算精度,均可用于天然河流泥沙起动流速估算。

泥沙起动流速的随机分析

泥沙起动流速是河流泥沙动力学基本概念之一,对泥沙运动及河床冲淤变形研究有着重要意义。天然河流中的泥沙运动多处在紊流状态下,其影响因素极其复杂,具有显著的随机性。本文在总结前人研究成果的基础上,从流体力学层面论述了以作用于泥沙颗粒上的局部流速表示泥沙起动流速的合理性,进一步拓展分析,指出了以往公式的不足,给出了以局部点流速表示的包括散粒体与粘性颗粒在内的全沙起动流速公式,继而与各家公式作了对比;基于随机理论,给出了泥沙普遍动、少量动、个别动的判据,并将均值流速概率化,扩展了泥沙颗粒起动的范围与认知。

基于B超成像的泥沙起动流速测量方法

床面上泥沙颗粒的起动测量一直是泥沙运动规律研究的难题。为此,提出了一种基于B超成像技术的泥沙起动流速测量方法。在模型试验水槽中,该方法利用B超仪获取水下地形及其附近粒子的运行图像,通过图像处理技术分析统计床面附近运动粒子的成像光斑个数,并分析其与流速之间的关系。结果表明,B超成像光斑个数在泥沙起动过程中存在一个突变过程,且该突变过程与泥沙起动运动相对应,可用来判定泥沙起动及其对应的起动流速,并利用该流速下的床面地形变化验证了该方法的正确性。该方法具有无扰动无干扰、适合于清水和浑水、易于实现自动化测量的特点。

均匀沙起动流速研究

从均匀沙起动的特点出发 ,阐述了其运动机理 ,分析泥沙颗粒受力时 ,除考虑拖曳力、上举力和水下重力外 ,还应考虑由于颗粒相对暴露度而产生的附加质量力。验算表明 ,提出的附加质量力的概念及其表达式是合理的。采用滚动起动模式 ,通过对附加质量力的概念及表达式和相对暴露度参数的引入 ,推得了均匀沙起动公式 ,并用实测资料进行了验证 ,同其它学者们的公式相比较为合理 ,该系数包含了其它公式。同时还得到了包括粘性沙在内的均匀沙的起动流速公式 。

细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速试验研究

本文研究了细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速，认为塑料沙有可能保证各粒径级的沉降和起动与天然悬移质泥沙相似．

长江口南槽非均匀细颗粒泥沙起动流速的近似估算

利用文献中的泥沙起动流速公式,推导出非均匀细颗粒泥沙起动流速近似估算公式。采用长江口南槽定点测量涨落潮过程中水深、水面以下1m的流速与近底床悬沙粒径d95资料,拟合该近似估算公式。估算结果表明:近底床悬沙粒径d95小于0 06mm的细颗粒泥沙起动流速值大于已有水槽实验值。

考虑起动概率的岸坡均匀沙起动流速公式

基于泥沙颗粒相对暴露度及起动概率对泥沙起动的影响,引入附加质量力,采用滑动起动模型,从理论上直接推导出了适用于河流岸坡不同起动概率的散粒体泥沙统一起动流速公式,完善了现有公式较少考虑起动概率的不足。经弯道与顺直岸坡、正负坡及平坡等不同岸坡条件下实测资料验证,公式计算结果与实测数据符合较好。

泥沙起动流速公式在天然河流中的验证

在回顾前人成果的基础上,依据天然河流资料和以轻质模型沙资料,对适用性较强的各家泥沙起动流速公式进行了验证。结果表明:①以某一较小的单宽输沙率作为判别标准即使有一定依据,但在推移质输沙率测验精度很低的前提下,利用具体天然河流资料确定的泥沙起动流速误差也较大;②现有各家泥沙起动流速公式计算结果较为相近,同轻质模型沙起动流速都相差不大,对于天然河流资料也可进行估算;③相对而言,张红武、卜海磊公式,沙玉清公式,唐存本公式,计算结果同实测资料较为接近,可用来计算天然河流起动流速,其中张红武、卜海磊公式的验证结果最佳。

粘性泥沙淤后起动流速试验研究

粘性泥沙起动机理不同于非粘性泥沙,它与淤积条件有关,并受泥沙内部物质组成因素影响。通过粘性泥沙淤后起动试验,研究其起动流速与泥沙干容重、粘性颗粒含量之间变化关系,指出粘性泥沙起动流速随着泥沙干容重、粘性颗粒含量增大而增大,之后由试验数据率定出粘性泥沙起动流速经验公式,并用王兆印的试验资料进行了验证。

任意面上非均匀沙起动流速矢量式

考虑非均匀泥沙的隐暴特性 ,采用矢量力学分析方法 ,本文导出了任意面上处于隐蔽和暴露状态下的泥沙起动流速矢量式。简化这些公式 。