非均匀沙分组起动规律的研究

本文在分析了非均匀沙起动情况后，采用输沙率法和分组相对输沙率法判别非均匀沙起动如果用其平均粒径d。来表示非均匀沙，则起动切应力和相同粒径的均匀沙近似，分组起动情况小颗粒由于受大颗粒的隐蔽作用鞍同等粒径的均匀沙需要较强的水流条件．相反大颗粒由于受暴露的影响比相同粒径的均匀沙容易起动．各粒径组的起动切应力可用公式(11)求出，     

非均匀沙分级起动规律研究

本文对非均匀沙起动机理作了分析，提出适合非均匀沙分级起动的判别标准，运用概率论与力学结合的方法，对起动颗粒的作用力臂进行随机分析，导出考虑非均匀沙隐暴效应的起动概率表达式，藉此建立非均匀沙第ｋ粒级的起动公式，在水槽中对天然水徊颜色沙进行分级起动试验，据以确定隐暴系数，从而获得与均匀沙兼容的起动切应力和起动流速公式。     

非均匀沙分级起动切应力探讨

在考虑水流条件、床沙组成的基础上,通过对泥沙颗粒受力分析,建立了滚动平衡方程式,得出非均匀沙分级起动切应力公式.在建立公式的过程中考虑了床沙非均匀性对起动的影响,定义了附加作用力G,并将其引入公式中.通过实验数据的验证表明公式的计算结果与实验数据符合良好.     

非均匀沙起动条件探讨

在考虑水流条件、床沙组成的基础上,通过对泥沙颗粒受力分析。建立了滚动平衡方程式,得出了非均匀沙 分级起动切应力公式。在建立公式的过程中考虑了床沙非均匀性的影响。定义了附加作用力G,并将其引入公式中。 通过实验数据的验证表明公式的计算结果与实验数据符合良好。     

无粘性均匀沙的起动条件与起动标准

根据现有，直接导出了起动切应力、起流速与起动概率之间的关系。利用这些关系，讨论了国内外数十种无粘性沙起动条件所对应的起动概率，从而为合理选用起动公式提供了科学依据。     

黏性非均匀沙的冲刷

黏性非均匀沙起动和冲刷研究对于河口海岸工程的设计和安全具有重要的意义.在作者从概率论和力学角度所提出的黏性非均匀沙起动摩阻流速公式的基础上,建立起黏性非均匀沙的起动流速和冲刷率公式.在钱塘江河口河床获取2个钻孔共28个岩芯,进行起动和冲刷水槽试验.起动流速公式计算值与沙样起动试验数据符合良好,表明该公式能较好反应黏性非均匀沙的起动现象.进而根据冲刷试验资料确定了冲刷率公式的指数和冲刷常数,发现未充分固结的淤泥冲刷率与相对剩余切应力的二次方成正比,而固结已久的淤泥冲刷率与相对剩余切应力呈线性关系,冲刷常数分别为(2～3.5)×10(-5)m/s和(1～2)×10(-6)m/s,两者差一个数量级.     

无粘性均匀沙的起动条件与起动标准

根据现有成果 ,直接导出了起动切应力、起动流速与起动概率之间的关系。利用这些关系 ,计算了国内外数十种无粘性沙起动条件所对应的起动概率。从而为合理选用起动公式提供了科学依据     

无粘性非均匀沙的起动

在非均匀煤屑起动试验的基础上，对非均匀沙粗化过程中的起动作了探讨，推导出同时反映隐蔽和暴露作用的非均匀沙起动流速计算式，并进行了验证，该式还可自动退化为均匀沙起动流速的计算式。     

泥沙起动流速研究

从泥沙起动的特点出发，将瞬时作用流速、起动标准、泥沙颗粒在床面的相对暴露度及附加质量力等影响因素同时引入到推移质泥沙起动中，使分析泥沙起动时考虑的因素更加全面。采用经典力学与统计理论相结合的方法，得到了泥沙起动无量刚切应力公式。并对公式中的系数进行了数值计算。结果表明，该系数并非为一个常数，而是在一定的范围内，且随床面上颗粒的相对暴露度而变。同时，还得到了概括散粒体和粘性细颗粒泥沙的统一的均匀沙起动流速公式的上、下限。说明其系数也是在一个区间取值。 关键词：泥沙；临界切应力；起动流速     

无粘性非均匀沙的起动

在非均匀煤屑起动试验的基础上，对非均匀沙粗化过程中的起动作了探讨。推导出同时反映隐蔽和暴露作用的非均匀沙起动流速计算式，并进行了验证。该式还可自动退化为均匀沙起动流速的计算式。     

INCIPIENT MOTION OF NON-COHESIVE SEDIMENT UNDER ICE COVER - AN EXPERIMENTAL STUDY

Based on a series of experiments under both ice-covered and free surface conditions, the present article discusses the role of flow velocity and critical shear Reynolds number for incipient motion of bed material. The influence of the resistance coefficients of both the underside of the ice cover and the channel bed on the location of the maximum velocity has been discussed. In addition, the impacts of ice and composite resistance coefficients on flow velocity for incipient motion of bed material have been assessed. The diagram describing the critical shear Reynolds number and the dimensionless shear stress for the incipient motion of sediment under ice covered conditions with different under cover resistance coefficient has been established. The effects of grain size on densimetric Froude number for incipient motion of bed material have been investigated. A relationship between the densimetric Froude number for incipient motion of bed material and the median grain size of bed material as well as the roughness coefficient of channel bed and roughness coefficient of ice cover has been established.     

当卡水电站下游局部冲刷三维数值模拟研究

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于Fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用VOF水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

EXPERIMENT STUDY ON SEDIMENT INCIPIENCE IN BACKWARDFACING STEP FLOW

Flow over a backward-facing step was studied to investigate the effect of large-scale vortex structures on sediment incipience. The transient flow velocity field at the downstream of the backward-facing step was obtained using the technique of Particle Tracking Velocimetry (PTV). The optical amplification technique was employed to measure the instantaneous flow velocities near the bed and the instantaneous bed shear stress was given. The experimental observations revealed a new insight into the oscillation of the large-scale structure and the three-dimensional characteristics of the flow. In particular,very high turbulence intensity,instantaneous horizontal velocity near the bed and the bed shear stress near the reattachment point were observed. The sediment incipient probability obtained from the sequent images of sediment particles near the bed indicates that the critical instantaneous shear stress of the sediment incipience is independent of flow conditions.     

180°弯曲水槽内床面冲淤演化过程数值模拟

为准确掌握180°弯曲水槽内床面冲淤特征及其演化过程,采用基于非结构化三角形网格的三维流动和地形冲淤数值模型对180°弯曲水槽内床面的冲淤演化过程进行复演。运用标准k-ε紊流模型和显式2步投影方法求解RANS方程,推移质输沙率选取VanRijn输沙公式计算,对于二次流强度较强、横向坡度对输沙方向影响较大的强弯曲水槽,采用方便实用的Engelund方法计算横向底坡所引起的输沙方向的偏移,同时对河床变形所引起的河床临界起动切应力变化进行修正及对流动和地形冲淤相同时间步模拟非恒定的河床冲淤演化过程。与试验测量结果对比显示数值模型对强弯曲水槽冲淤特征有较好的模拟效果;Engelund方法对计算输沙方向偏移角度具有明显的改进;模型同样也具备复演内床面非恒定冲淤演化过程的能力。     

人工填筑黏性土起动冲刷特性试验

为了研究人工填筑黏性土起动和冲刷特性,采用资料分析和试验相结合的方法,研究人工填筑黏性土的起动冲刷特性。根据试验资料,结合力学特性确定影响人工填筑黏性土起动冲刷的主要因素;根据试验结果分析人工填筑黏性土起动切应力、冲刷率分别与各自的影响因素之间的对应关系,提出了量纲和谐的起动切应力和冲刷率的公式,运用多元线性回归方法确定了公式中的系数和指数,并分析比较了人工填筑黏性土和黏性泥沙起动和冲刷特性。结果表明:人工填筑黏性土的黏结力比自然淤积固结的黏性泥沙大得多,较难起动和冲刷,需要较大的水流切应力;干密度对自然淤积黏性泥沙冲刷率影响比对人工填筑黏性土要大。     

三峡坝区非粘性均匀花岗岩砂粒起动条件研究

由花岗岩风化而成的砂粒质地粗，石英、长石颗粒的粒径较大。通过实验室对非粘性均匀花岗岩砂粒起动条件研究，得到特定条件下不同砂粒粒径在薄层水流紊流流态时的起动流速。实验结果表明，同一粒径组的非粘性花岗岩风化砂粒随底坡坡度的增加其起动流速变小；同一边界条件时，细粒砂随坡度的增加，其起动流速降低幅度较小，相应地随着砂粒粒径变大坡度增加时，其起动流速降低幅度较大。