挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

泥沙对挟沙水流流动结构影响的研究

应用MicroADV研究了不同粒径的泥沙颗粒在不同水力条件下对水流流动结构的影响。实验发现：挟沙水流流动结构的变化不仅与颗粒的大小密切相关，而且与水流流动条件有关，颗粒对水流结构的影响随着水力条件的变化而改变：在强水流条件下，不论粗、中、细泥沙都不改变主流区的流速分布及紊动强度；在中等强度水流条件下，粗、中、细三种颗粒的加入都使流速大于相同条件的清水水流，而其紊动强度则较清水水流低；在弱水流条件下，三种颗粒的加入都不改变水流的流速分布，但粗颗粒使水流紊动强度显著增大，而中、细颗粒基本不改变其紊动强度。     

非均匀沙水流挟沙力研究

本文对平衡输沙和不平衡输沙情况下非均匀沙水流挟沙力规律进行了研究，得到了平衡输沙时非均匀沙分组挟沙力公式及可能挟沙力经验曲线，定性分析了非均匀沙可能挟沙力与均匀沙挟沙力之间的差异，并且探讨了来沙条件对水流挟沙力的影响，提出了非平衡输沙时瞬时挟沙力和有效挟沙力概念及计算方法。     

挟沙水流紊动结构研究现状及进展

系统总结了清水、低含水流和高含沙水流的紊动结构研究现状，包括研究理论与方法、试验手段、现有成果与存在的分歧。提出有待研究的成果。     

明渠挟沙水流中悬移质的床面平衡浓度

本文通过泥沙颗粒运动的概率密度输运方程,推导出床面附近运动的泥沙颗粒的概率密度函数及相应的泥沙颗粒向上运动和向下运动的通量,建立了计算明渠挟沙水流悬移质床面平衡浓度的关系式。通过与试验资料及经验公式的比较对本文建立的关系式进行了检验,结果表明本文所得计算公式与实际符合较好,可用于悬沙床面平衡浓度的计算。     

挟沙水流紊动结构

挟沙水流的紊动结构是什分复杂的研究课题。本文中首先综述了有关清水水流的紊动结构中有代表性的几种研究途径及其存在的问题，进而对挟沙水流的紊动结构进行了综合评述。     

挟沙水流紊动结构

挟沙水流的紊动结构是十分复杂的研究课题。本文中首先综述了有关清水水流的紊动结构中有代表性的几种研究途径及其存在的问题，进而对挟沙水流的紊动结构进行了综合评述。     

挟沙水流紊动结构研究现状及进展

本文系统总结了清水、低含沙水流和高含沙水流的紊动结构研究现状：包括研究理论与方法、试验手段、现有成果与存在的分歧。提出有特研究的问题。     

冲积河流的水流挟沙能力

在前人研究成果的基础上分析了水流挟沙的物理模式，以挟沙水流紊动能量方程为理论基础，得出了紊动能产生项和粘性耗散项的表达式，由此推导出适用于水流的紊流三区(光滑区、过渡区和粗糙区)的挟沙能力计算式，依据天然河流实测资料和室内水槽试验资料，验证了该水流挟沙能力计算式．针对该计算式分析了影响水流挟沙能力的因素．     

挟沙水流能量平衡问题的研究综述

从能量平衡的观点来研究泥沙的运动规律，是泥沙运动力学中的一个重要研究方向。本文总结了有关学者提出的挟沙水流的能量平衡方程，指出这些方程还存在一些缺陷。从而从这些有缺陷的能量平衡方程所得到的一些泥沙运动理论，如输沙强度、动床阻力等，就难免在理论上存在一定的不足。因而目前应加强挟沙水流的能量平衡方程的研究，才能促进泥沙运动理论的进一步发展。     

高含沙水流脉动特性试验研究

以某工程的表孔为依托,建立1∶100单体模型。通过配置不同含沙量的水流,对水垫塘底板含沙水流的脉动压强进行试验。结果表明,在试验范围内,水流条件不同,含沙量对脉动强度的影响不同:水流条件较强时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先减小后又增大的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最多减小24.73%;水流条件较弱时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先增大后减小的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最大增加78.74%。冲击区含沙水流脉动压力分布比清水更接近正态分布,脉动压力能量大部分集中在0.4 Hz以内,功率谱无明显的优势频率,水流主要以低频大尺度漩涡为主。通过对高含沙水流水垫塘底板的脉动压强进行观测,总结分析了不同因素影响下高含沙水流脉动压强特性的变化规律,为相关工程提供参考。     

低含沙水流紊动结构的实验研究

本文用MicroADV对低含沙水流的紊动结构进行了较为系统的研究，在不同的粒径下，泥沙颗粒对流体流动结构的改变不一致；同样地，相同的粒径在不同的水流条件下，对流动结构的改变也不一样。     

明渠挟沙水流的两相流模式

本文从两相流基本方程出发对明渠挟水流含沙量、流速垂线分布及近底层平均流动特性进行了理论研究，建立了一个新的泥沙扩散方程，并用大量资料进行了验证。结果表明：现有含沙量公式和流速垂线分布公式只是本文理论模式在低含沙量条件下的简化形式。当含沙量增加时，固相泥沙对流动结构的影响亦趋显著而不可忽略。精确模拟水沙流动，需要发展高级的两相湍流模式。     

Multi-approach analysis of maximum riverbed scour depth above subway tunnel

When subway tunnels are routed underneath rivers, riverbed scour may expose the structure, with potentially severe consequences. Thus, it is important to identify the maximum scour depth to ensure that the designed buried depth is adequate. There are a range of methods that may be applied to this problem, including the fluvial process analysis method, geological structure analysis method, scour formula method, scour model experiment method, and numerical simulation method. However, the application ranges and forecasting precision of these methods vary considerably. In order to quantitatively analyze the characteristics of the different methods, a subway tunnel passing underneath a river was selected, and the aforementioned five methods were used to forecast the maximum scour depth. The fluvial process analysis method was used to characterize the river regime and evolution trend, which were the baseline for examination of the scour depth of the riverbed. The results obtained from the scour model experiment and the numerical simulation methods are reliable; these two methods are suitable for application to tunnel projects passing underneath rivers. The scour formula method was less accurate than the scour model experiment method; it is suitable for application to lower risk projects such as pipelines. The results of the geological structure analysis had low precision; the method is suitable for use as a secondary method to assist other research methods. To forecast the maximum scour depth of the riverbed above the subway tunnel, a combination of methods is suggested, and the appropriate analysis method should be chosen with respect to the local conditions.     

稀性泥石流冲刷规律的试验研究

稀性泥石流具有很强的输沙能力,可在运动过程中强烈刷深泥石流沟道.以理论分析和野外水槽试验相结合,对稀性泥石流的冲刷规律进行了初步的探讨研究.沟床物质的初次冲刷应该考虑非均匀床沙是否会发生粗化,因此根据沟床物质在稀性泥石流的冲刷作用下形成粗化层的临界判别条件,将稀性泥石流的冲刷归纳成3种不同的模式,并分别推导了这3种不同冲刷条件下,床面冲刷深度的计算方法.然后进一步通过野外水槽试验探讨了床沙全沙输移情况下,沟床冲刷系数的取值.稀性泥石流累次冲刷问题的关键是前一次冲刷形成的床面结构是否会破坏或再生,本文最后结合野外水槽试验中累次冲刷的试验结果,分析了沟床累次冲刷深度的计算方法.     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

黏性泥石流沟床冲刷深度试验研究

黏性泥石流冲刷沟床,会导致建筑物构筑物基础失稳,从而毁坏工程设施.本文通过室内水槽试验探究黏性泥石流沟床冲刷深度规律.试验结果表明:黏性泥石流沟床冲刷深度主要受沟床坡度、泥石流容重以及沟床物质容重的影响;黏性泥石流冲刷沟床的深度与沟床坡度成正相关,与泥石流容重或沟床物质容重成负相关;沟床平均冲刷深度与沟床坡度成线性正比关系,与泥石流容重成线性反比关系,与沟床物质容重的自然对数成线性反比关系.最后,分析得到黏性泥石流沟床平均冲刷深度经验公式.     

山洪携带泥沙引发的山区大比降河流水深变化规律研究

山洪常常携带大量泥沙进入山区河道,运动的泥沙从水流中吸收能量,增大了水流阻力从而使水位额外升高.本文通过大比降水槽试验模拟该现象,试验结果表明泥沙进入河流后因颗粒间的碰撞、运动吸收能量导致阻力增大,水深增加;水深受携带泥沙粒径、输沙率、床面形态、底坡与水流的影响.最后分析以上的各因素对水流阻力的变化规律,推导出泥沙进入河道情况下山区大比降河流水深的变化,建立起水流挟沙后水深变化的经验表达式.     

河流弯道水流特点与冲刷深度探讨

根据河流弯道水流的特点,对弯道水流的冲刷机理和冲刷深度进行了分析与探讨,并给出了国外学者计算弯道水流冲刷深度的几种方法.