再论泥沙起动流速

本文是作者40年来研究泥沙起动公式的小结。文中对颗粒间的粘结力、水的下压力和阻力等有关参数进行了修改。通过瞬时作用流速，明确了三种起动状态间的关系，消除了起动切应力和起动流速间的不协调。对导得的起动切应力公式和起动流速公式进行了较为全面的验证，说明公式较好地反映了粗、细颗粒泥沙和轻质沙的起动规律，为研究工程泥沙问题提供了实用公式。     

淤泥的起动公式

根据粘性细泥沙絮凝的电化学理论，导出颗粒之间粘着力的表达式，建立了包括粗，细泥沙在内的统一的临界起动切应力和临界起动流速公式。该式与已有的公式和实测资料进行了比较，符合良好，能较好地描述淤泥不同沉积密度时起动条件的变化。应用建议的起动公式，只需用常规试验测定几项基本参数，便可预报在不同沉积密度时的临界起动切应力或临界起动流速。     

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     

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。     

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...     

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。     

泥沙起动标准和起动参数的关系研究

采用滚动起动模式,基于颗粒位置随机性和水流脉动特性,提出全概率泥沙起动的计算方法,推导出一个基于全概率理论的起动流速公式。实测资料验证表明,公式的适用性较好。在此基础上,建立了同一起动状态下,起动颗粒数、起动流速、起动切应力、输沙率与起动概率等起动参数之间的对应关系。     

泥沙起动过程中床面切应力与含沙量关系的试验研究

以长江口细颗粒泥沙为样本进行环形水槽起动试验,给出了三组不同中值粒径泥沙的起动流速和临界起动应力,同时用湍动能法(TKE)估算不同含沙量水体的床面切应力,给出了泥沙起动过程中床面切应力与含沙量之间的关系。床面切应力随着含沙量的增加而增加,当含沙量达到某一浓度后,床面切应力增长缓慢,随着含沙量的再增加,床面切应力再次迅速增高,而不同中值粒径的泥沙,增长速度并不一致,说明泥沙对床面切应力的影响并不仅仅表现在含沙量上,粒径大小也是影响床面切应力的重要因子之一。     

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。     

基于三维泥沙颗粒相对隐蔽度的岸坡上散体均匀沙起动条件初步探讨

人们往往利用滑动起动模型来解决岸坡上的泥沙起动问题,而采用滚动模型来研究泥沙起动的成果却不多见,主要原因是坡面上泥沙颗粒的转动支点难以确立.为此,本文提出了对“虚拟力矩”的设想,运用三维泥沙颗粒相对隐蔽度的研究成果,建立了岸坡上散体均匀沙的滚动模型,推求了对应的近底作用起动流速公式.最后建立了无因次起动切应力与三维泥沙颗粒相对隐蔽度在不同起动标准下对应的数值关系,并进行了讨论.     

Incipient motion of sediment in the presence of emergent rigid vegetation

This paper investigates the incipient motion of sediment in open channels covered with emergent rigid vegetation, which is represented by arrays of circular cylinders arranged in a regular pattern. The criterion for incipient motion is continuous sediment yield from the vegetation zone. The experiments conducted showed that with emergent vegetation, motion of local sediment was initiated before the incipient condition. The data obtained were used to derive an equation for the incipient motion velocity with vegetation coverage, which was observed to be smaller than that without vegetation. The experimental results indicated that the vegetated density had the most significant influence of the factors considered on the incipient motion velocity. The ratio of the velocity with formation of an uneven bed to the velocity for incipient sediment transport was found to have a constant value of 0.76.     

渗流作用下岸坡泥沙起动流速研究

渗流和冲刷作用是河流岸坡发生崩岸的重要因素。基于概率论与泥沙运动基本原理,引入起动概率及相对暴露度,采用滑动起动模型,推导了渗流作用下岸坡泥沙起动流速的统一公式,弥补了已有研究成果缺乏对泥沙起动概率和渗流力考虑的不足。在简化的起动边界条件下,所得公式可以简化为顺直岸坡、正负坡以及平坡等条件下的起动流速公式。经过有渗流力及无渗流力两种起动条件下的实测资料验证,表明所得公式计算结果与实测数据符合良好。相关结果有助于深入理解泥沙起动及河道岸坡崩岸机理。     

细颗粒原状土起动流速试验研究

为了得到更为客观科学的泥沙基本活动规律,利用有压矩形管进行了细颗粒泥沙起动试验。试验结果表明,管内水压力对细颗粒泥沙的起动有重要影响,水压力越大,管中泥沙起动断面平均流速和起动切应力越大。根据有压矩形管的水流分布特性和水压特点,将矩形管中水流转换为普通明渠水流,转换得到的明渠中泥沙起动垂线平均流速与试验矩形管中泥沙起动断面平均流速基本相同,验证了利用有压矩形管进行细颗粒泥沙起动流速试验的可行性和代表性。在试验矩形管与实际明渠的泥沙起动流速转换过程中,并未考虑不同水柱高度下曼宁糙率系数的变化,这方面还有待进一步研究。     

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.     

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。     

Incipient motion of sediment in presence of submerged flexible vegetation

The presence of submerged vegetation on river beds can change the water flow structure and alter the state of sediment motion. In this study,the incipient motion of sediment in the presence of submerged flexible vegetation in open channels was investigated in a laboratory experiment.The vegetation was simulated with flexible rubber cylinders arranged in parallel arrays. The effect of the vegetation density, water depth, and sediment grain size on the incipient motion was investigated. The experimental results indicate that the incipient motion velocity of sediment increases as the vegetation density decreases and the water depth and sediment grain size increase. With flexible plants, the incipient motion velocity of sediment is lower than it is without vegetation, and is larger than it is with rigid vegetation. A general incipient motion velocity equation was derived, which can be applied to both flexible and rigid vegetation conditions.     

黏性原状土起动流速试验研究

针对黏性原状土难以被水流起动、冲刷的特点,设计了专门的封闭矩形管道,使水流的平均流速完全满足黏性原状土起动、冲刷的要求。在水槽满足起动冲刷要求的前提下,采用粒子测速系统（PIV）对管道断面流速分布进行了测量,分析论证了管道的阻力规律,并比较了有压管道与开敞水槽试验结果。分析结果认为,在水流流速不是太大时,有压管道的阻力规律符合对数律。在通过试验取得垂线流速分布的情况下,可以利用对数流速分布公式计算摩阻流速,进而计算边界水流切应力,再根据谢才公式,可将起应力换算成相应河道的起动冲刷切应力。     

回流泥沙起动规律的试验研究

本文利用水槽概化模型，对回流的泥沙起动规律进行了试验研究，讨论了它与一般顺直明渠流中泥沙起动的差异，分析了回流泥沙起动的基本特性和规律，建立了回流泥沙起动的临界判别公式，经验证与试验资料吻合良好。     

Shear velocity criterion for incipient motion of sediment

The prediction of incipient motion has had great importance to the theory of sediment transport. The most commonly used methods are based on the concept of critical shear stress and employ an approach similar, or identical, to the Shields diagram. An alternative method that uses the movability number, defined as the ratio of the shear velocity to the particle＇s settling velocity, was employed in this study. A large amount of experimental data were used to develop an empirical incipient motion criterion based on the movability number. It is shown that this approach can provide a simple and accurate method of computing the threshold condition for sediment motion.     

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。