侧向水流作用下均匀沙休止角变化的试验研究

散体沙动水休止角是表征沙丘、沙洲等散体沙堆积体稳定形态的重要特征参数,在岸坡稳定分析、坝前冲刷漏斗形态研究中有着广泛的应用。采用室内试验的方法研究了侧向水流作用下不同粒径天然均匀散体沙水下休止角的变化规律。结果表明:在水流流速超过泥沙颗粒起动流速后,天然散体沙水下休止角随流速增大而减小,且减小的速度随着流速的进一步增加而更加迅速;相同流速条件下,粗颗粒泥沙的水下休止角大于细颗粒,其对流速变化的敏感度也低于细颗粒。基于侧向水流边坡上泥沙颗粒的受力分析,引入相对流速概念,初步建立了侧向水流作用下均匀散体沙动水休止角计算公式及其简化形式。     

波、流作用下粘性淤泥的起动试验研究

结合浙江苍南电厂工程要求,在拟建航道处的试挖槽附近取样,对粘性淤泥的起动进行了室内水槽试验。起动试验资料表明,在底床泥沙湿容重相同时,波流共同作用下或纯波浪作用下淤泥的起动流速明显小于纯水流作用下淤泥的起动流速,且起动流速随底床泥沙湿容重的增大而增大。     

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     

塑料模型沙起动流速试验研究

通过水槽试验进行了塑料沙的起动流速试验,以5组泥沙为例,推导出沙粒在不同运动状态下塑料沙的起动流速公式,并与3种常用模型沙起动流速公式计算值比较,建议对轻质模型沙起动流速估算时,采用塑料沙起动流速计算公式.     

竹粉模型沙特性试验研究

对竹粉模型沙物理特性(容重、干容重、水下休止角等)和运动特性(沉速、起动流速和糙率)分别进行了试验研究。物理特性试验表明:其容重受粒径变化影响较小;干容重随粒径增大而增大;水下休止角随粒径增大而减小,并提出计算竹粉模型沙水下休止角的经验公式。运动特性试验表明:竹粉单颗粒沉速随粒径增大而增大,相对沉速随含沙浓度增加先增大后减小;起动流速随粒径增大而增大,随水深增大而增大,并提出估算竹粉模型沙起动流速的经验公式;糙率随水深增大而减小,随流速增大而增大。     

粉煤灰模型沙的试验研究

泥沙模型应正确复演原型河道演变特点和规律,模型沙的选择是起关键作用的。为此,通过室内土力学试验、物理化学性能分析、玻璃水槽试验和泥沙模型验证试验结合理论分析等方法,对粉煤灰模型沙进行了试验研究,取得了以下主要成果和结论。(1)采用光学显微镜和电镜观察成果分析了粉煤灰的细观结构和理化特性,明确了d＞0.076 mm的粉煤灰分散性较好;(2)用定量数值对比了粉煤灰干重度及土力学特性变化规律与天然泥沙的差异,阐述了选用凝聚力较低的粉煤灰粒径组作模型沙的机理;(3)粒径为0.027～0.11 mm的粉煤灰模型沙的干重度和起动流速随时间增加有限,不致引起模型沙明显的板结和起动相似偏离;(4)南水北调中线穿黄泥沙模型验证试验表明,粉煤灰模型沙能够较好地满足模型试验要求,模型挟沙水流物理特性和运动规律与原型相似;(5)采取控制干重度使模型沙不发生板结现象的方法,可解决类似模型试验问题。     

非均匀沙荫暴作用及起动流速

引入表征床沙位置的泥沙切点公切线与水平面的交角为参数，依据泥沙起动研究床面表层泥沙由静止到运动的临界条件，确定了以公切角变化范围表征的泥沙起动的判别条件。建立了公切角与颗粒暴露度关系式，推导了在平均情况下，以平均粒径代替起动颗粒上游泥沙时的颗粒平均暴露度。把非均匀沙的荫暴作用与其在床面位置和起动粒径相联系，起动力臂以公切角表示，按照指数流速公式形式，根据滚动平衡条件推导、建立了与床面位置相关的非均匀沙起动流速公式。给出了平均情况下相应于不同粒径的公切角计算式。利用13组共133次实验资料对公式进行了验证，证明公式具有较高的精度。     

床沙粒径及级配对非均匀沙起动的影响分析

对Wu W.等的荫暴系数计算方法进行了修正,根据滚动起动模型建立了以荫暴系数为主要参数的起动底流速公式,在此基础上理论探讨了暴露程度、床沙各分组泥沙粒径及其质量比对泥沙起动的影响,并论述了非均匀沙起动中完全暴露、完全荫蔽和极限跃移3种极限起动情况。结果表明:1非均匀沙起动底流速随着荫暴系数的增大而减小,荫暴系数越大,泥沙越容易起动;2在由两种粒径泥沙组成的非均匀沙中,粗颗粒的荫暴系数在定义域上均随着细颗粒床沙比例和粗细颗粒比例的增大而增大,即细颗粒比例越大,粗细颗粒间粒径差异越大,粗颗粒越容易起动;细颗粒的荫暴系数在定义域上随着细颗粒床沙比例的增大而增大、粗细颗粒比例的增大而减小,即细颗粒的比例愈大,细颗粒愈容易起动,且起动规律渐趋于和均匀沙的相仿,粗细颗粒粒径相差愈大,细颗粒受到的荫蔽作用愈显著,其起动流速也愈大。     

细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速试验研究

本文研究了细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速，认为塑料沙有可能保证各粒径级的沉降和起动与天然悬移质泥沙相似。     

塑料沙起动流速研究

塑料沙近年来己较广泛用于推移质和悬移质泥沙模型试验。但目前塑料沙试验基本限于圆球形细颗粒泥沙模拟,粒径较大的散粒体泥沙(砂砾石状塑料沙)模拟较少,本项目通过水槽试验,建立了砂砾石状塑料沙的起动流速公式,并通过与已有塑料沙起动流速公式的对比,证明得出的起动流速公式可行,为粒径较大的散粒体泥沙(砂砾石状塑料沙)的起动流速计算提供依据。     

新型BZY模型沙的研制及其特性试验研究

本文作者在以往研究和实践的基础上，研制了一种新型BZY模型沙，并对该种沙的干容重、起动流速、糙率、沉速、水下休止角等特性进行了试验研究。结果表明：BZY模型沙与其它模型沙相比，具有容重可调、粒径范围广、颗粒形态同于天然沙、物化性质稳定等等优点，具有较大的开发研究和推广应用价值，其中某些问题仍需进一步探索。     

沙漠风积沙溯源冲刷速度的影响因素初探

通过试验对沙漠风积沙的冲刷破坏形态以及影响沙漠风积沙溯源冲刷速度的主要因素进行初步分析。结果表明:在具有跌坎的地形上,沙漠风积沙在集中水流冲刷下,表面的冲刷剥蚀速度远小于跌坎处的溯源冲刷速度;沙漠风积沙的溯源冲刷速度与通过沙漠风积沙表面水流的单宽流量、跌坎处初始落差以及沙漠风积沙的含水率等因素有关;在初始落差一定的情况下,溯源冲刷速度随单宽流量的增大而加快;在相同单宽流量作用下,溯源冲刷速度随初始落差的增大而增大。     

INTERACTION BETWEEN WAVES,STRUCTURES AND SAND BEDS

ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮＢＥＴＷＥＥＮＷＡＶＥＳ，ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＡＮＤＳＡＮＤＢＥＤＳ￥ＧａｏＸｕｅ－ｐｉｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ＆ＨａｒｂｏｕｒＥｎｇ．，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖ．，Ｔｉａｎｊｉｎ，３０００７２，Ｐ．Ｒ．Ｃ...     

边界约束对弯曲-伸展元三轴波速试验的影响

利用弯曲-伸展元开展干砂小应变剪切波试验和除气水压缩波试验,研究了三轴试样的不同约束边界对弯曲-伸展元量测剪切波速和压缩波速的影响,并对波速试验结果进行分析。研究结果表明:以干砂为试验对象的剪切波速试验结果介于砂土中剪切波速与边界材料的剪切波速之间,受到约束边界的材质、长度和壁厚的显著影响;而以除气水为试验对象的压缩波速试验结果受样品约束边界的影响较小。在不同约束材质下,剪切波在干砂中的传播速度与约束材料的刚度有关,材料的刚度越小对干砂剪切波速测试结果影响越小。弯曲-伸展元激发频率的相关性与边界约束无关,只与测试材料有关。研究成果有助于获取准确的弯曲-伸展元波速试验结果。     

南海北部海域海底沙波演化特征

在对沙波的成因、形态以及运移机制充分探讨的基础上,给出了预测计算海底沙波形成与运移规律的理论模式。以此为基础建立了南海北部海域海底沙波波长及沙波移动的数学模型,对较大范围内的沙波形态及其运移规律进行了计算,成果表明计算区域海底沙波在正常水流条件下迁移速率相对较小,可视为比较稳定的地貌类型,为该海域海底工程实施提供参考。     

破碎波作用下床面形态研究及泥沙受力分析

破碎带水体强烈紊动对床面形态影响甚大,基于波浪水槽试验对沙质斜坡上破碎带床面形态以及泥沙受力进行研究。分析床面形态发现,同一断面处沙纹沙坝的形态与波浪形态基本一致,波高和周期决定沙纹沙坝的尺寸,波高越大,沙纹沙坝越高;周期越长,沙纹沙坝越长。通过对波浪破碎区的近底流速及砂床内孔隙水压力进行测量,将计算得到的表层上举力与超静孔隙水压力进行对比分析,发现其上举力与床面超静孔隙水压力大小相同。同时观察波浪破碎带床面高程,进一步研究上举力与超静孔隙水压力与床面高程的关系,发现表层上举力随着床面高程增加而变大,随着床面高程的降低而减小,而超静孔隙水压力与床面高程之间的关系则相反。     

Effects of storm waves on rapid deposition of sediment in the Yangtze Estuary channel

Recent research on short-term topographic change in the Yangtze Estuary channel under storm surge conditions is briefly summarized. The mild-slope, Boussinesq and action balance equations are compared and analyzed. The action balance equation, SWAN, was used as a wave numerical model to forecast strong storm waves in the Yangtze Estuary. The spherical coordinate system and source terms used in the equation are described in this paper. The significant wave height and the wave orbital motion velocity near the bottom of the channel during 20 m/s winds in the EES direction were simulated, and the model was calibrated with observation data of winds and waves generated by Tropical Cyclone 9912. The distribution of critical velocity for incipient motion along the bottom was computed according to the threshold velocity formula for bottom sediment. The mechanism of rapid deposition is analyzed based on the difference between the root-mean-square value of the near-bottom wave orbital motion velocity and the bottom critical tractive velocity. The results show that a large amount of bottom sediments from Hengsha Shoal and Jiuduan Shoal are lifted into the water body when 20 m/s wind is blowing in the EES direction. Some of the sediments may enter the channel with the cross-channel current, causing serious rapid deposition. Finally, the tendency of the storm to induce rapid deposition in the Yangtze Estuary channel zone is analyzed.     

管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷模型试验

针对管袋内充填砂从管袋侧壁缺损处外漏流失问题,采用自行研制的管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷稳定性试验研究装置,进行了单向流和波浪作用下管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷试验,总结了冲刷过程及接缝管路内砂颗粒的运移规律,并分析了单向流工况下破损口大小对冲刷稳定性的影响。结果表明:单向流工况管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷稳定性与最粗砂颗粒的起动流速、接缝内水流流速及破损口大小有关,破损口越大、水流流速越大、最粗砂颗粒起动流速越小,越容易发生冲刷破坏;波浪工况下,选择临界峰值水压力作为管袋坝袋间接缝侧壁损漏冲刷稳定性的判定指标,通过比较实际工程中管袋坝接缝所受峰值水压力与临界峰值水压力可以判断波浪工况下的冲刷稳定性。