河流岸坡渗流稳定性及泥沙起动流速的研究

河流崩岸现象时有发生,引入岸坡渗流作用对泥沙起动的影响,对于深入研究河流岸坡稳定及崩岸机理具有重要意义。基于概率论与泥沙起动基本理论,引入床面泥沙相对暴露度及起动概率,采用滑动起动模型,推导出了渗流作用下河流岸坡泥沙起动流速的统一公式;该公式包括了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等简化条件下的泥沙起动流速公式。通过有渗流力及无渗流力两种条件下的实测资料验证,公式计算精度较高,与实测数据符合良好。     

弯道岸坡上粗细泥沙统一起动流速公式

该文基于概率论与泥沙起动基本理论,考虑了起动概率、相对暴露度与细颗粒泥沙间黏结力和附加下压力对泥沙起动的影响,采用滑动起动模型,从理论上推导出了适用于弯道岸坡上粗、细泥沙颗粒起动的统一流速公式,完善了已有研究成果对泥沙起动概率考虑的不足。公式综合了弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡及平坡等条件下粗细泥沙颗粒起动流速计算,可简化为各简单条件下泥沙起动流速公式。通过各简单条件下泥沙起动流速实测资料验证,该文公式与实测数据符合良好。     

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。     

任意坡面上均匀沙起动概率及起动流速的计算公式

基于概率统计理论,引入泥沙颗粒组成及相对暴露度产生的附加质量力,得到了任意坡面上泥沙起动概率的计算公式;并将其引入到泥沙起动研究中,从理论上推导出了任意坡面上近底作用流速及垂线平均流速公式;此外,公式还可以进一步简化为弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡以及平坡条件下的泥沙起动流速公式。通过任意坡、弯道岸坡等条件下的实测资料验证,本文公式计算值与实测数据符合较好,可应用于任意条件下泥沙起动流速的计算。     

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。     

河湾岸坡泥沙起动流速研究

通过对河湾岸坡上泥沙颗粒的受力分析,建立了相关的泥沙起动模式,从理论上推导出了对应的起动流速公式。与顺直河床的泥沙起动公式的比较表明,沙莫夫公式只是本文公式的特例。在概化的河湾岸坡水力学模型上,系统研究了不同弯道半径、水深、流量及岸坡坡度情况下泥沙的起动流速。通过验证比较表明,用本文所给公式计算的河湾岸坡泥沙起动流速与试验实测资料和前人的研究成果基本一致。     

渗流作用下的岸坡非均匀沙起动

在考虑渗流作用、泥沙组成的非均匀性、泥沙之间的相互影响等使得泥沙起动具有随机性的影响因素基础上,对岸坡上的泥沙进行受力分析,采用滚动平衡方式推导了岸坡上泥沙起动流速公式,并采用实测资料对此进行验证,计算值与实测值较为符合。     

斜坡上泥沙起动流速统一公式的建立

为了建立斜坡上泥沙起动流速的统一公式,基于概率论与力学相结合的方法,考虑了细颗粒泥沙之间的黏结力及附加下压力对泥沙起动的影响,引入起动概率与附加质量力,采用滑动起动模型,从理论上推导了该统一公式,包括近底作用流速和垂线平均流速。通过实测资料验证,该公式的计算结果与实测数据符合较好。与其他公式相比,该公式形式简单,计算精度较高,可以用来计算斜坡及平坡条件下黏性、非黏性泥沙的临界起动流速。     

弯道凹岸边壁上的泥沙起动

对弯道边壁泥沙起动做了较深入的分析,建立了较清晰的物理图形,考虑了五种力,并较全面地分析了各种力的作用,导出了最一般条件下包括粗、细泥沙在河床上不同位置的起动流速公式.该公式概括性高,它可以简化为顺直河流边壁泥沙起动以及床面泥沙起动条件下的公式.采用试验资料对该公式进行了检验,其理论结果与实测是符合的.     

斜坡泥沙的起动概率及起动切应力

在概率论与数理统计知识的基础上,引入附加质量力,采用滑动起动模型得到了正负坡上泥沙起动概率的计算公式,并将起动概率引入到泥沙起动的研究中,进而推导出了起动标准为中动时的无量纲起动切应力公式。实测资料验证表明,该公式计算结果与实测值符合较好,计算精度较高,能够应用于天然河流斜坡泥沙起动流速及切应力的计算。     

李保如泥沙起动流速公式修正研究

现代水力学中近壁层流层厚度可反映边壁摩阻特性,是影响细颗粒泥沙起动的重要因素。李保如泥沙起动流速公式考虑到泥沙颗粒所处边界的水力学差异及近壁层流层对细颗粒泥沙的"隐蔽"影响,将细颗粒的摩擦系数f处理为近壁层流层厚度对细颗粒泥沙"隐蔽"作用的综合影响系数,但由于当时缺乏黏性细颗粒泥沙的试验资料,导致公式在黏性细颗粒泥沙起动流速的走向上表现不佳。本文仍采用原作者的物理图形,只是将摩擦系数f的函数由近壁层流层厚度对细颗粒泥沙"隐蔽"影响项与重力作用项两项组成,进一步将前者表示为"近壁层流层厚度δ与泥沙粒径D之比"即δ/D的指数形式,并在推导δ/D的表达式时直接用曼宁公式表示谢才系数C而引入糙率n,经过实测起动流速资料分别确定指数与系数后,即得出新的泥沙起动流速公式。利用大量实测资料验证表明,尽管不去考虑概念难以判明且难以定量描述的黏结力及附加下压力的复杂影响,且也不考虑流速沿水深的分布计算公式如何表达,但只要合理考虑近壁层流层厚度对细颗粒泥沙起动的影响,同样能够建立出同时适用于黏性及散粒体泥沙的起动流速公式。     

泥沙颗粒相对隐蔽度在散体沙起动研究中的应用

运用泥沙隐蔽度的研究成果,结合泥沙起动的滚动模型,导出了以隐蔽度为参数的泥沙近底作用起动流速公式。通过对该式分别进行的极限分析和单调性分析,论述了散体沙起动的几个物理现象,论证了宽级配非均匀沙的起动特性。经过对泥沙颗粒隐蔽度分布特性及泥沙起动标准的分析,建立了泥沙颗粒隐蔽度与无因次起动切应力之间的数值关系。最后借鉴前人的研究成果,验证了本文公式的适用性。     

非均匀沙起动问题研究

本文在已有研究成果的基础上，运用概率论与力学分析相结合的方法，提出了考虑床沙组成，隐暴效应及起动概率的分级起动流速计算式，此项可满足预报起动沙级配的要求，实验资料验证结果较好。     

基于概率统计理论的泥沙起动流速研究

为充分考虑泥沙起动的随机性,基于相对暴露度概率密度分布,结合瞬时水流流速及床面泥沙颗粒排列的随机特性,并采用泥沙滚动起动模型,建立了适用于散粒体及黏性细沙统一起动流速公式。通过与实测资料及经典的泥沙起动公式比较发现,本文公式计算值与实测资料吻合更好,验证了该公式在预测散粒体及黏性细沙起动流速的可靠性和优越性。     

江河崩岸的概化模拟试验研究

通过分析长江中下游崩岸的基本特征，采用典型崩岸河段原体沙，在试验室中建立了概化坡体模型，针对坡体崩塌破坏机理进行模拟试验研究。结果表明，试验坡体的崩塌破坏表现形式、过程及特征与长江坍塌型崩岸基本相似；渗流强度越大破坏作用越明显；水流冲刷的破坏作用并非是直接冲击坡体，而是通过淘蚀坡脚来体现；坡体坡度趋缓，崩塌破坏范围及程度随之逐步减小，坡体坡脚未受淘蚀的极限稳定坡度在1:2~1:3。