粘性～散体均匀沙的动水休止角公式

该文基于均匀沙的楔入堆积模式,考虑粘结力及动水作用等影响,建立了相应的力学平衡方程.由此获得了粘性～散体均匀沙的动水休止角计算公式;该式较为全面地包含了影响动水休止角的主要因素;计算分析表明,公式所反映的规律与实际情况较为接近,可为沙波运动、河相关系等相关后续研究提供参考,具有实用价值.     

沙石及模型沙水下休止角试验研究

水下休止角是天然沙石及其模型材料较为重要的组合特性,本文提供了天然沙、卵石、块石及电厂煤灰、煤屑、煤块、塑料沙水下休止角的试验研究成果.该试验是为了进一步定量模拟黄河丁坝坝前冲坑形态及水下根石稳定坡度而进行的.实际上,这些成果对于河流力学等学科的研究以及其它生产课题的解决,也具有一定的价值.     

试论模型沙的水下休止角

水下休止角是泥沙一个重要的组合特性,本文根据现有的观测资料,从普通物理学角度,定性分析了其主要影响因素,得出了多种模型沙水下休止角的计算公式,并且计算出了黄河上游大型水库淤沙的水下休止角,可供有关部门参考.     

考虑侧向出沙的河网非均匀沙输移

引水进入河网可快速地改善水质,同时也会造成泥沙淤积问题。水流在主干河道行进时将挟带泥沙向连通支流扩散,因而计算河网泥沙输移时应考虑侧向出沙问题。根据作者在杭州西部河网若干测站进行的全年实时水位-流量和逐日泥沙实测资料,建立了适用河网的对数型非均匀沙挟沙能力公式,进而结合侧向出流首次导出了考虑时变侧向出沙的河网非均匀沙输移计算方法,据此改进了一维河网输沙微分方程和离散计算模式。经实测资料验证,计算与实测值符合良好。对杭州西部河网进行的输沙计算显示,侧向出沙约占淤积总量的11%,这意味着河网模型不考虑侧向出沙会造成较大的误差。     

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。     

非均匀沙起动规律研究

非均匀沙运动规律与均匀沙存在明显的不同。本文从非均匀沙运动特点出发，简要阐述了非均匀沙的运动机理，利用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙粗化，细化过程和床沙受暴露，隐蔽作用和起动流速公式，利用实测资料率定计算公式中的系数。与其它起动流速公式相比，本文推导的起动流速公式较好地反映了非均匀沙的起动特性；较细的非均匀床沙较粒径均匀的同粒径床沙难于起动，而较粗的非均匀床沙较粒径均匀的同粒径床沙易于起动。     

非均匀沙起动规律研究

从非均匀沙受力分析出发，将非均匀泥沙起动所受到的附加作用力分为两部分。用滚动平衡方程式建立了能反映非均匀沙不均匀性的起动流速公式。利用天然河流实测资料和水槽实验资料率定计算公式中的系数，并用其它天然河流和水槽资料进行了验证。结果表明，公式的计算值与天然河流的实测值和水槽实验的实验值符合较好。     

均匀沙起动流速研究

从均匀沙起动的特点出发，阐述了其运动机理，分析泥沙颗粒受力时，除考虑拖曳力，上举力和下水重力外，还应考虑由于颗粒相对暴露度而产生的附加质量力。验算表明，提出的附加质量力的概念及其表达式是合理的。采用滚动起动模式，通过对附加质量力的要领有主表达式和相对暴露度参数的引入，推得了均匀沙起动公式，并用实测资料进行了验证，同其它学者们的公式相比较为合理，该系数包含了其它公式。同时还得到了包括粘性沙在内的均匀的起动流速公式，说明本公式基本能反映均匀沙的起动特性。     

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。     

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。     

泥沙颗粒水下休止角与内摩擦角差异化初步探索

根据目前的泥沙起动及水下休止角的相关研究,得出滑动起动与滚动起动模型的矛盾,进而对泥沙界广泛认同的泥沙颗粒水下休止角在数值上等于泥沙颗粒水下内摩擦角提出质疑。本文分别进行了泥沙颗粒水下休止角与内摩擦角的物理试验。试验表明:作为散粒体,泥沙颗粒的水下休止角在数值上小于泥沙颗粒水下内摩擦角。     

明渠岸边侧向取水的/ 取水角效应0研究

从理论分析、水槽试验和数值模拟计算等多方面、多角度,对明渠岸边侧向取水的“取水角效应”进行了定量研究。“取水角效应”指取水角度的改变对取水门附近水流结构的影响。研究结果表明,取水角度的大小对取水口近区水域的水流结构影响非常显著。在30°～90°的范围内,取水角度越小,口门断面处的流速分布越均匀,口门上游主槽内的相对分流宽度越小,分槽断面内的净进流宽度越大,取水近区的流线越为平顺,取水口的取水防沙条件越好。     

颗粒形状及级配对粗颗粒土休止角的影响

为了准确且方便地测量粗颗粒土的休止角,研制了一种基于旋转容器法的粗颗粒土休止角测定仪。利用此装置,对2种粗颗粒土分别进行了15种级配下的休止角试验,并研究了颗粒形状和级配对粗颗粒土休止角的影响。试验结果表明:对于级配相同、颗粒形状不同的粗颗粒土,颗粒呈棱角状砾石料的休止角大于颗粒圆滑的卵石料,不同最大粒径下砾石料的休止角平均值比卵石料高1.3°~2.0°;对于颗粒形状相同、级配不同的粗颗粒土,休止角随最大粒径的增加而增大,最大粒径为20~40 mm时,休止角平均值增长曲线平缓,最大粒径为40~60 mm时,休止角平均值增长速率明显变快;休止角随平均粒径的增大而减小,随不均匀系数的增加而增大。     

Experimental study of flow intensity influence on 2-D sand ripple geometry characteristics

Sand ripples are common bedforms. The formation of sand ripples is related to flow conditions; different flow conditions cause different ripple geometries. The main aim of this study was to assess the relationship between flow intensity and two-dimensional ripple geometry characteristics. The experiments were carried out in a laboratory flume with natural sand whose bulk density Ps was 2 650 kg/m3 and median diameter D50 was 0.41 mm. The Froude number (Fr), a flow intensity parameter, varied from 0.16 to 0.53, entirely within the subcritical range. Two-dimensional sand ripple geometry was measured and processed via statistical methods. The probability distributions of ripple length and height were obtained with different flow conditions. Through dimensionless analysis, the relationship between the flow intensity parameter (grain size Reynolds number Re*) and the sand ripple geometry characteristic length (Λ) and height ( Δ) was analyzed, and two formulas were obtained:Λ/D50=191.76Re*0.3 and Δ/D50=1.97Re*1.3, which are consistent with previous research results.     

堆积体休止角边坡运输通道设计关键问题分析

结合堆积体边坡上工程设施的设计实例,针对堆积体休止角状态下边坡通道工程问题,分析了高陡斜坡地基上人工荷载施加时地基和边坡的稳定性,对总体运输方案、工程基础设计、锚固方案选择等设计中的关键问题进行了计算和讨论,论证了工程应用的可行性,并提出了处理和解决措施.本研究分析及应用成果对于类似工程具有一定参考价值.     

大古水电站坝前排沙运行方式与排沙漏斗形态

为给实际工程排沙设施的设计和布置提供依据,基于1∶60整体模型,根据淤积泥沙扬动流速相似原理,试验研究大古水电站2条排沙廊道和1个底孔在不同运行方式下坝前库区的排沙效果和排沙漏斗形态。结果表明:排沙洞开启顺序对最终排沙效果影响不大;深水条件下,坝前排沙漏斗形态主要受泥沙特性决定,非黏性沙的排沙漏斗坡度接近于淤积泥沙水下休止角;大古水电站排沙设施的设计方案具备保证电站进水口"门前清"的条件。     

明渠均匀流流速横向分布的涡黏性模型

为了研究明渠水流的运动特性,开展了明渠水流流速横向分布数学模型的研究。本文根据量纲分析方法和实验资料,得到水流横向剪切作用下横向涡黏性系数的关系式;基于均匀流的水流运动方程,按照有限差分方法,建立流速横向分布计算模型。该模型具有计算简单、快捷和精度较高的优点,且数值计算不受横向涡黏性系数的结构形式和断面形态的影响。采用明渠水流实验资料验证数学模型,数学模型计算的流速横向分布与实验资料较一致,具有较高的理论意义和应用价值。     

均匀切变水流对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响研究

黏性细颗粒泥沙的絮凝是河流动力学中一个重要且尚未完善的研究课题。本文以分形聚集生长理论为基础,考虑了絮团破碎、泥沙浓度等因素的影响,使用三维无网格方法,在MATLAB平台上通过模拟泥沙颗粒和絮团在布朗运动、重力沉降和均匀切变水流作用下的碰撞黏结过程,研究了水流剪切作用对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响。研究结果表明：水流作用可提高颗粒之间的碰撞几率,促进絮凝,但高水流剪切力作用下絮团破碎现象明显,因此,水流速度梯度的大小对细颗粒泥沙的絮凝有一定的影响,即絮凝速度及絮团平均粒径随水流流速梯度的增大呈先增后减的规律;均匀切变水流作用下,絮团粒径分布均匀化,絮团在垂直水流方向上发育较好且分形维数较大。本文研究成果是进一步研究天然河道中黏性细颗粒泥沙絮凝机理的成功尝试。     

无黏性沙质床面上冲积河湾形成和演变规律自然模型试验研究

采用无黏性中粗沙进行河流演变的自然模型试验,通过调整流量、初始河道形态等在室内模型河流中进行河湾塑造的尝试,分析冲积河流河道展宽规律,另外对典型河湾的演变规律进行试验研究。研究表明,河道的横向稳定性是河湾发育的重要条件,试验中泥沙抗冲能力的低弱使得河岸的稳定性难以保持,致使河流向分汉、游荡和辫状河型的方向发展;河岸后退的方式不但与河岸土体抗冲能力有关,而且与当地河道水动力特性和河岸坡降等因素有关;河道展宽速率反映了河流断面与水流条件不相协调的程度,随时间呈指数下降趋势,河流横断面演变所需的时间尺度远小于横向摆动所需的时间尺度;典型的河湾形态以局部扰动引起河岸失稳的方式横向发展。