泥沙起动条件及机理的非线性研究

 分析了单颗粒、均匀沙及非均匀沙的起动现象及其机理，认为泥沙的起动属于突变论研究的范畴。从泥沙起动所遵循起动条件的力学规律出发，导出泥沙起动条件方程。在此基础上，利用尖点突变性质对各种泥沙起动现象及机理进行了描述和说明。     

非均匀沙起动的非线性尖点突变模式

作者应用尖点突变理论的坐标变换和拓扑变换，导出了非均匀沙起动时的尖点突变模式，即希尔兹数和沙粒雷诺数的函数关系式。文章将希尔兹数作为尖点突变模型的状态变量，沙粒雷诺数的负0.3次方和无量纲参数mdm/d0作为控制变量。用水槽试验资料对水流切应力τ0与起动粒径d0的函数关系式进行了验证。验证结果表明，计算值与水槽试验结果基本相符。在d0较大时，误差1%～30%之间；起动粒径d0较小时，最大误差为76.2%。说明本文建立的尖点突变模式是合理的，能够反映非均匀泥沙的起动的规律。     

塑性粘土蠕变性的尖点突变模式分析

应用突变理论的尖点突变模型分析塑性粘土的蠕变性能，建立了简单的位移-剪应力-时间(λ-T-t)关系．该尖点突变模型能够较好地描述材料的衰减和非衰减蠕变性能，且能够描述后者中的急剧破坏阶段．实例证明，该模型与试验结果吻合较好．     

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。     

泥沙起动概率概念及其计算方法

泥沙起动是推移质输沙研究的基础,确定性和随机性研究是其常用的研究方法,二者各有优势和不足。Einstein是泥沙起动随机性理论的重要开创者,由于泥沙起动概率概念较为抽象以及其数据获取较为困难,后续研究者往往批判继承其理论体系,甚至造成部分误解。本文详细回顾了泥沙起动概率模型的发展历程,重新解读了泥沙起动概率这一抽象概念,并提出了一种获取泥沙起动概率数据的计算方法。研究表明,Einstein泥沙起动概率模型与本文搜集资料计算所得的泥沙起动概率数据吻合良好。文末对部分研究者认为Einstein起动概率模型存在的三大缺陷进行了回应,并讨论修正了Einstein落淤率模型,认为基于该模型的推移质输沙率公式的适用性更强。     

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。     

突变理论在某重力坝建基面失稳判据中的应用研究

对比分析了重力坝沿建基面失稳的位移突变判据、塑性区面积突变判据、塑性应变能突变判据三种判据的合理性,通过工程实例对折叠突变模型、尖点突变模型和燕尾突变模型的计算结果和可行性进行了比较分析,提出了基于理想弹塑性有限元计算的重力坝沿建基面失稳判定方法。结果表明:用塑性区面积突变判据或塑性应变能突变判据进行重力坝沿建基面的稳定性判定比采用位移突变判据计算结果更为合理;用尖点突变模型和燕尾突变模型进行重力坝沿建基面的稳定性判定计算比采用折叠突变模型结果更为合理;采用尖点突变模型的计算量比燕尾突变模型小很多,是研究重力坝建基面失稳的较合理有效的突变模型。     

基于实测资料的边坡稳定性评价突变模型

基于边坡失稳机理及特征，结合基于实测资料的统计模型，利用突变理论推导了边坡稳定的尖点突变模型和边坡稳定判据表达式．算例结果表明，该方法可行．     

波流耦合作用下紊流边界层水沙数学模型

在河口地区,波流相互作用下紊流边界层的泥沙起动输移规律非常复杂,深入探讨其泥沙运动规律很有必要。该文基于波浪边界层的控制方程,引入了时均水流压力,通过波流相互作用下的摩阻流速反映波浪与水流的夹角,用标准k-ε模型封闭方程,建立了波流叠加的紊流边界层内的弱耦合水流模型,分别讨论了波浪速度振幅、时均流速等的分布情况,与实测数据对比得到了较好的模拟结果。其次,基于水流模型建立了泥沙模型,采用对称振荡流和波流相互作用两种情况下的泥沙实测数据验证了泥沙模型的正确性,讨论了不同分布规律的涡黏系数对于模型的影响,为实际工程提供理论参考,结果具有一定的指导意义。     

用突变理论分析大坝及岩基稳定性的探讨

本文研究了利用突变理论分析大坝及岩基稳定性的基本原理，提出了利用尖点突变模型分析大坝和岩基稳定状况的判据及计算模型.由实例分析表明，其成果与有限元法分析和模型试验结果一致。     

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。     

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.     

非均匀沙床面平衡浓度

根据近底非均匀沙交换的随机 力学模式首次从理论上建立起非均匀沙床面平衡浓度公式，将床面平衡浓度表示为起动、不止动和悬浮概率以及单步运动平均时间比B的函数关系。残差修正灰色系统模型和指数拟合关系用于悬移质平衡浓度竖向分布实测资料以获得床面平衡浓度值，据此确定理论公式中的参数B.床面平衡浓度计算与“实测”值比较结果令人满意，意味着本文提出的公式是合理的，可作为悬移质运动微分方程的底部边界条件。     

THE NONLINEAR CUSP-CATASTROPHE MODEL OF THE SEDIMENT TRANSPORT RATE

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＦｒｏｍｔｈｅｆｉｒｓｔｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅｏｆＰ .Ｄｕｂｏｙｓｉｎ 1879,ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍａｎｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｏ     

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.     

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.     

基于等效粒径概念的非均匀沙起动条件研究

摘要：分析表明运用等效粒径概念进行非均匀沙起动临界条件计算是很简便的。基于Parker提出的非均匀沙起动两种极限状况，提出了一个简单的等效粒径表达式。通过取不同的荫蔽参数，该等效粒径表达式可近似表达八家有代表性的非均匀沙起动公式的荫蔽暴露作用，这表明由于床沙特性和粗化程度的不同，荫蔽参数本应是不同的。用韩其为整理的长江寸滩站卵石起动资料，回归得到寸滩站卵石起动计算公式。该公式形式简单,运用于王兴奎整理的范围更宽的寸滩站资料时，表现良好。为长江寸滩站合理选用卵石起动条件提供了依据。     

减速流条件下床面泥沙起动试验研究

减速流在工程上称为壅水,为非均匀流的一种流态形式。减速流下的床面泥沙起动研究成果,在水利工程中有着重要的应用价值。通过该条件下的河道开展概化水槽试验,结合天然实测资料以及4家经典的起动流速公式对比分析,结果表明4家经典公式均较适用于水槽试验中的减速流条件,只是在起动粒径的选择上略有差异。根据水槽试验的成果得出选取取样标准为床面泥沙起动标准具有较好的精确性,选取d₉₅作为起动的代表粒径;并验证了减速流条件下泥沙起动大体满足希尔兹曲线;通过功率起动公式的验证,得到无量纲起动功率为0.019 1,可以将其作为床面泥沙起动的标准。     

泥沙起动研究的伊辛和重整化群方法探讨

为探讨泥沙起动的物理机制和临界概率,把泥沙起动作为一种临界现象,与连续相变进行类比,应用临界现象、连续相变和重整化群的原理和方法建立了泥沙成片起动的二维伊辛模型和二维重整化群模型及算法。通过综合分析得到泥沙成片起动的一个临界概率,其阈值约为0.42,该值与已有实验和观测结果基本接近。把泥沙运动力学和分形动力学相结合探讨了床面起动的物理机制。研究结果表明:床面整体起动和DLA(受限制的扩散凝聚)集团的分形生长有类似的物理机制,对阈值小于0.5就能引起床面整体起动给出了一个物理诠释。该新思想和新方法的引入对探讨推移质整体启动这类复杂现象是有所裨益的。