黄土坡面细沟侵蚀稳定宽度的动力学研究

细沟侵蚀是黄土坡面侵蚀的主要方式，细沟侵蚀宽度是土壤侵蚀研究的重要内容之一．引入暴露度概念，考虑粘着力对泥沙起动的作用，用建立的细沟流泥沙起动公式推导出细沟侵蚀稳定宽度的计算公式．采用试验资料对细沟稳定宽度计算公式进行验证，计算值与试验值较符合，误差在-28％～28％之间．从而证明了细沟流流速与细沟泥沙起动流速相等时细沟形成稳定宽度的结论是正确的．     

非均匀沙干容重计算方法的探讨

指出细颗粒泥沙的沙粒形态及絮网结构是影响干容重不可忽视的因素,并说明浆体的极限浓度是影响干容重的重要指标之一.基于浑水容重随浆体含沙浓度增大而增大的变化规律,将床面含泥浓度与泥沙极限浓度联系起来,获得了包含有泥沙粒径、级配及形状等因素在内的非均匀泥沙干容重的计算公式.公式中含有相关参数,用实测资料给予了确定.验证计算表明,公式结构合理,参数的选择得当,计算结果与实测资料基本一致,可应用于生产实际.     

非均匀沙起动流速研究与比较

在现有泥沙起动研究成果的基础上,通过理论分析、公式转换和比较,得出即使对均匀沙,起动流速公式的起动系数K也不应是常数,K应随着起动环境的改变而变化,现有各公式的起动系数K是不同的常数,这就影响了各公式的适用范围.分析表明,影响起动环境的因素有水流条件、床面泥沙颗粒特性、泥沙颗粒和水流条件之间的相对关系等,给出了各影响因素的数理表达式,建立了非均匀沙起动流速公式,公式计算值与实测资料符合良好.本文公式与几个常用的起动流速公式的比较结果表明,公式精度较高.     

希尔兹曲线统一表达式及其在唐家山堰塞湖下游河道冲刷防治中的应用

在研究地震堰塞湖泄洪导致的下游河道冲刷问题时,所涉及的一个最基本的问题就是泥沙颗粒起动的问题.在泥沙起动切应力的研究中,希尔兹曲线无疑是一个经典并且已经被水利工作者广泛使用.但是由于希尔兹关系曲线中,纵、横坐标都包含摩阻流速,因而实际应用中会很不方便.主要是要建立一个希尔兹曲线的确切表达式,以便解决希尔兹曲线使用困难的问题.表达式是通过一个经验公式的形式给出的,公式首先要求足连续函数,在大小沙粒雷诺数情况下其能自动简化为传统公式,且在整个沙粒雷诺数变化范围内其能够与实验数据吻合,作者模型与其它已存模型比较结果显示作者模型具有最好的精度.最后将作者模型应用于唐家山堰塞湖下游河道冲刷防治中.     

长江宜昌站沙质推移质输沙规律

现有几家起动公式中的K值不能够准确预测长江宜昌站沙质推移质输沙规律。对宜昌站1956年到1964年和1973年到1974年11年的246组沙质推移质实测水力、泥沙因子资料进行统计分析,将沙质泥沙近似作为均匀沙处理,从均匀沙的起动特点出发,通过分析泥沙颗粒受力和起动模式推导得出宜昌站沙质推移质起动公式,并且公式中的K值随着流量的变化而变化,呈指数分布。在此基础上进而建立了适合宜昌站沙质推移质输沙率公式,并用宜昌站1975年沙质推移质资料对公式进行验证,按公式计算的起动流速和输沙率与实测值比较,获得满意结果。     

泥沙级配对水流挟沙力计算的影响

通过对大量水槽试验资料的分析，认为在水流挟沙力计算公式中应该考虑反映泥沙级配影响的因子Ｄ２５０／（Ｄ２５Ｄ７５），并由此推导了新的水流挟沙力计算公式．利用水槽试验资料及黄河下游实测资料对该公式进行了验证，验证结果表明，泥沙级配因子Ｄ２５０／（Ｄ２５Ｄ７５）能提高水流挟沙力的计算精度．     

矿井通风阻力的热力学计算

应用工程热力学理论推导出矿井通风阻力的热力学计算公式 ,该公式比较全面地反映了空气内能的变化、空气的可压缩性及风流与矿井进行的热量交换等对阻力计算精度的影响 ,理论上更加完善 .该公式中所有的参量均易测定 ,比应用传统的伯努利方程计算通风阻力更符合工程实际 .     

矿井通风阻力的热力学计算

应用工程热力学理论推导出矿井通风阻力的热力学计算公式,该公式比较全面地反映了空气内能的变化、空气的可压缩性及风流与矿井进行的热量交换等对阻力计算精度的影响,理论上更加完善．该公式中所有的参量均易测定,比应用传统的伯努利方程计算通风阻力更符合工程实际．     

非均匀沙分级起动流速研究

非均匀沙对均匀沙明显不同,对非均匀沙起动机理作了分析,运用概率论与力学相结合的方法,以现有的相对暴露度为基础导出了泥沙颗粒力臂的数学期望,进而导出了考虑非均匀沙隐暴效应的起动概率表达式.在采用的细颗粒暴露度的分布函数上存在一间断点,从泥沙运动机理和数学上证明了它对力臂的数学期望没有影响.在起动概率的基础上建立了第l级粒径的起动公式.通过现有的非均匀沙起动流速试验资料,确定了计算公式的参数.同时用现有的实验资料对作者起动流速公式进行验证,并且同其它流速公式相比较可以看出作者的起动流速公式预测精度较高.作为特例,同时也得到了均匀沙的起动公式.     

桥墩局部冲刷的试验研究

基于桥墩局部冲刷的实际情况,提出了适用于桥墩局部冲刷的绕流挤压流动模式,同时结合泥沙起动流速,运用连续性方程、动量方程从理论上建立了桥墩局部冲刷深度的计算公式.公式建立过程中所使用的数学模式清晰,物理意义明确.最后通过野外及室内实测资料对计算公式进行验证,验证结果表明,所依据的绕流挤压流动模式是可行的,所建立公式的结构是合理的.     

An experimental study of the incipient bed shear stress partition in mobile bed channels filled with emergent rigid vegetation

This paper investigates the bed shear stress based on the condition of the incipient motion of sediment in a uniform-flow flume covered with emergent rigid vegetation,which is represented by arrays of circular cylinders arranged in a regular pattern.A total of 148 tests are performed to observe the influence of the vegetation density,bed slope,flow depth and sediment size on the bed shear stress.The tests reveal that when the sediment is in incipient motion,the resistances acting on the flow passing the rigid vegetation contain the vegetation resistance and the bed shear stress.This shear stress could be divided into two parts:the grain shear stress and the shear stress caused by sand dunes,which are the deformed bedform with the sediment incipient motion.An empirical relationship between the shear stress of the sand dune and vegetation density,the Froude number,the apparent vegetation layer velocity is developed.     

近底水流结构对非均匀沙起动影响的研究

通过考虑水流结构的改变，研究了非均匀沙的起动。由于非均匀泥沙的存在，影响水流近底结构，改变底部水流对泥沙颗粒的作用。基于泥沙颗粒中在小范围对水流结构有影响的假定，推导了以粒径为参变量的水流流速公式。并以该流速公式为基础，按照颗粒极限平衡的受力得出了非均匀沙的起动公式，经过用实验资料的验证，公式在大部分粒径范围内与实际值比较吻合。     

基于休止角模型的非均匀沙分级起动流速公式

利用临界状态下的泥沙颗粒受力与休止角的关系建立了非均匀沙的临界平衡方程式,并且以此为基础在假设底部瞬时流速符合正态分布以及对数正态分布的条件下求出了两个起动概率模型。在这两个起动概率模型基础之上推导出了两个非均匀沙的起动流速模型,并且利用现有的实验数据以及野外数据对模型进行了检验。分析表明基于对数正态分布底部流速得到的非均匀沙分级起动流速模型具有比较高的精度。     

基于起动相似选沙的模型沙波相似性的初步试验研究

沙波普遍存在于天然河道中,动床模型中沙波运动的相似性是水流运动、泥沙输移及河床冲淤相似的基础。针对动床模型中沙波相似性问题,采用水槽试验的方法,设计满足几何、水流运动、起动相似的沙波实验,分析了沙波波高、沙波组成的相似性。结果表明,对于几何正态模型,在模型沙与原型沙重率相同的情况下,沙波波高基本满足几何相似,平均偏差约在9.2%左右;沙波波高随水流强度的变化规律是相似的, 时开始出现沙波,沙波随着水流强度的增大而逐渐增大,当 接近2.6时,沙波达到最大波高;沙波相同部位的颗粒组成也是相似的。即原型沙与模型沙在重率、形状相同的条件下,考虑起动相似的正态模型沙波是相似的。     

泥沙起动标准的研究

阐述了泥沙起动标准的理论基础，描述了泥沙运动状态的有关参数，引进无因次输沙率作为泥沙起动的基本标准，提出了不同场合的３种具体标准，指出了基本标准与它们之间的联系；论证了所提出的起动标准符合以往研究的习惯，符合实际资料和试验、测量的具体情况；讨论了其它研究者提出的几种起动标准     

“河性行曲”力学机理之边壁泥沙的临界起动条件

在借鉴水流紊动相干结构研究成果的基础上,深层次揭示了紊流紊动涡体猝发、喷射、清扫的过程中对边壁泥沙颗粒的抽吸、挖掘的力学机理;系统概括了河道岸壁泥沙颗粒从起动,到进入水体,促使顺直河道发育成犬牙交错的边滩,并逐步演变为弯曲性河道的全过程;进而在对边壁泥沙颗粒受力分析的基础上,运用涡能理论,提出了边壁泥沙起动的临界条件;并根据黄河的实际情况进行了分析,认为河流边界的糙率、水深等数值越大,泥沙越容易起动。     

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。     

来沙条件变化对河床形态及推移质运动的影响

摘要：针对山区河流的来沙条件的不确定性导致的河流形态变化的问题,根据J . G. Venditti的系列来沙条件变化水槽试验成果,引入无量纲参数河床结构强度Sp,充分考虑推移质泥沙运动特性,探讨了来沙条件变化对卵石河床形态、推移质输沙率和河床级配的影响。结果表明:在已经粗化的河床上加入细沙会对河床形态、推移质输沙率和河床级配产生影响。加入细沙会造成河床重新出现冲淤变化,底坡变大,冲刷变严重,最终降低河床结构强度Sp;加沙会增大推移质输沙率,其中中值粒径为3mm的细沙运动表现为行进推移质,而中值粒径为8mm的粗沙运动表现为结构推移质;加入细沙后会细化河床,且加入的粒径越小,细化效果越明显,加入中值粒径为3mm的细沙后推移质的中值粒径先减小后增大,与加入中值粒径为8mm的粗沙后推移质的中值粒径先增大后减小相反。     

高压条件下石英砂中的静力触探试验及大变形模拟

在深部土层中进行原位试验时,以往针对中低应力水平的数据解译公式不再适用。为探究砂土在高应力条件下的力学特性,利用自行研制的高压标定罐,改变围压水平,进行不同密实度石英砂中的静力触探试验,基于任意拉格朗日—欧拉格式的大变形有限元方法,模拟静力触探仪的完整贯入过程,有效避免了锥尖周围的网格扭曲。大变形模拟中采用修正摩尔—库伦模型描述砂土的内摩擦角和剪胀角随累积塑性剪应变的变化,并通过修正弯曲元试验,确定合理的土体剪切模量。标定罐试验和大变形有限元方法获得的锥尖阻力结果能很好地相互验证;在此基础上,建立高应力条件下静力触探锥尖阻力与砂土相对密实度之间的关系,与已有的低应力水平试验结果进行对比,证明建立的经验公式能通过锥尖阻力很好地预测砂土的相对密实度。