泥沙起动流速研究现状分析

该文通过回顾泥沙起动的随机性、运动判别标准、以及泥沙颗粒在河床面的受力分析研究,简要综述了粗颗粒散体泥沙、均匀沙散粒体及细颗粒粘性泥沙、非均匀沙、砾石和卵石以及斜坡上泥沙起动流速的一些主流研究成果,并将最近的一些研究成果与经典研究进行对比。虽然泥沙起动流速研究由国外学者奠基,但在后续的理论体系完善中我国学者也进行了较为深入的研究工作并得到许多实用的经验和半经验公式。粗颗粒散体泥沙的起动流速、均匀沙散粒体及细颗粒粘性泥沙的起动流速研究较为透彻,非均匀沙和砾石和卵石的起动机理,以及斜坡上的泥沙起动流速仍有很大发展空间,对于规律性较为不明显的起动流速研究将会成为今后研究的热点方向。     

基于相对暴露度的无黏性均匀泥沙起动流速公式

基于白玉川提出的床面均匀无黏性泥沙双向相对暴露度、拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间的关系分析发现,当颗粒雷诺数较大时(大于15 700),拖曳力系数、上举力系数仅受相对暴露度影响,且幅值变化较小.CD取值在1~1.22,平均值为1.11;CL取值在0.72~0.99,均值0.86.将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动流速公式的研究中,推导出基于相对暴露度的散粒体泥沙起动底部作用流速公式及垂线平均流速公式,通过与现有的天然河道、室内水槽试验得到的泥沙起动流速资料及现有的泥沙起动流速公式比较可知,本文公式与实测资料符合良好,较现有的泥沙起动公式计算精度更高.     

非均匀沙分组起动流速

从近底水流结构和泥沙颗粒位置的随机性两方面研究非均匀沙起动的2个关键问题,提出遮掩度的概念细化了颗粒受力.运用概率论与力学相结合的方法,采用滚动模式建立了非均匀泥沙的起动公式.通过试验资料验证的结果表明,计算值与实验资料符合较好.     

河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证

在河床泥沙起动的瞬间,颗粒与水相互作用,具有相同的速度。所以在研究泥沙起动流速的时候既要考虑水体对河床泥沙的影响,又要考虑河床泥沙对水体的影响。通过探寻河床有效切应力与水体流速梯度的关系;并考虑河床泥沙内部渗流作用对泥沙起动流速的影响推导出新的均匀泥沙起动流速公式。将此公式与实验资料及前人推导公式进行对比,结果表明本公式的计算精度符合工程应用标准,能弥补采用经典流速分布公式研究泥沙起动流速时的不足;并能较好地应用于组成成分为粗粉土、沙与砾石的泥沙研究中。     

斜坡上非均匀沙分组起动流速

在经典力学的基础上,以某一概率为定量标准,根据斜坡上泥沙的受力状态,采用滚动模式进行理论推导,考虑了作用流速和颗粒位置的随机性、非均匀沙不同粒径之间的相互作用及不同倾角的影响,推导了斜坡上非均匀沙分组起动流速公式,通过实测资料验证表明,计算值与实测值符合较好．     

如东海区沙滩泥沙起动实验研究

通过波浪水槽实验对如东海区沙滩泥沙进行起动实验,并通过实验现象和分析规范了泥沙起动标准,在水流作用下,当泥沙开始形成沙纹时,定义为普遍起动;在波浪和波流共同作用下,在沙纹形成后,沙纹峰顶泥沙作小位移运动时,判定为泥沙临界起动。同时提出输沙起动及判别标准,即在沙纹形成后,沙纹中轴线以上泥沙全部处于运动时,判定为输沙临界起动。     

截流钢筋石笼起动流速计算方法研究

以工程截流中的单体钢筋石笼作为研究对象,深入探讨了其起动机理.通过对单体钢筋石笼受力分析,推导出其起动流速计算公式,分析了公式中拖曳力系数C_D、上举力系数C_L的影响因素.通过水槽模型试验,研究了不同摩擦因数条件下多种尺寸的正六面体钢筋石笼、条形六面体钢筋石笼、扁形六面体钢筋石笼起动流速变化规律;定量地分析了C_D和C_L与钢筋石笼扁度系数λ以及沙粒雷诺数Re*的相关关系,绘制了(λ,Re*,C_D)与(λ,Re*,C_L)的分布云图.经验证表明,起动流速计算公式和C_D、C_L分布云图二者结合的钢筋石笼起动流速计算方法的计算值与试验值基本一致,较好地反映了钢筋石笼的起动情况.     

梯形断面明槽中恒定均匀流的流速分布

采用Ａ．Ｒｉｔｚ方法和Ｆｏｕｒｉｅｒ级数求得梯形断面明槽中恒定均匀层流流速分布的精确解,又根据笔者建议的关于脉动粘性系数ＶＴ的假设,给出了相应的紊流流速分布的公式。     

散粒体泥沙起动条件之研究

前言关于散粒体泥沙起动问题,近年来经各家的試驗研究,获得了一定成果。他們的試驗范围及假定各有不同,所得結論也不一致。本文試图从水流底部的繞流結构出发,結合水力阻力规律,推导出在工程中的散粒体泥沙起动公式。通过各家实測资料的印証,最后得出泥沙     

细颗粒煤粉的密实过程及其对起动流速的影响

在实体泥沙模型试验中,煤粉是常用模型沙。它在长系列实体泥沙模型试验中,与细颗粒泥沙运动特性有误差。通过水槽试验,研究了细颗粒煤粉干容重随淤积历时的变化,探讨了其密实机理及对起动流速的影响。试验结果表明煤粉的沉积密实程度对起动流速有一定程度的影响。     

非均匀砂沟蚀起动粒径研究

在充分紊流区,推移质泥沙中滑动形式占很大比重,即便是滚动颗粒,通常也并不是起动后一直发生滚动,而是间或发生滑动,因此,有必要研究滑动形式下的泥沙起动机理。本文从泥沙起动概率出发,以床沙及侵蚀物颗粒组成为基础,确定泥沙起动粒径,根据水下泥沙的受力分析,建立非均匀砂滑动平衡方程,利用土槽试验资料确定公式系数,并采用野外实测资料进行验证,结果表明,对于粗颗粒泥沙起动,公式的计算值与实测值符合良好。     

对均匀沙流体起动风速的研究

从学术观点和方法上将研究边界层流动对粗糙壁面的摩擦切应力与研究均匀沙流体起动风速统一了起来，既关心了布满均匀沙的沙床上颗粒的流体起动风，又关心了稀疏分布着均匀颗粒的光滑地表上沙子的流体起动风速，得出了用边界层外参考风速表示的流体起动风速随颗粒分布密度的增加呈指数增长规律。而用摩阻流速表示的流体起动风速与颗粒分布密度的二分之一次方成正比的规律，与有关实验数据取得一致。当颗粒的分布密度逐渐增大时，本文得到的均匀沙流体起动风速公式最终退化为传统的均匀沙流体起动风速公式。     

泥沙在紊动状态下的垂向分布及其对氨氮吸附影响

泥沙是自然水体中污染物的主要载体,在吸附作用下,泥沙成为污染物的“汇”。泥沙的沉降、悬扬对于污染物的迁移和输运有着重要的影响。本文以三峡库区表层泥沙为研究对象,在自研的沉降柱中进行了不同紊动条件下的泥沙的垂向分布研究,对准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型对吸附过程的拟合效果进行了对比。结果显示：（1）水体中的悬浮泥沙受多种因素影响,不同紊动强度、泥沙投加量以及不同深度下泥沙的分布有所差异;（2）泥沙对氨氮的吸附受泥沙垂向分布的影响,紊动强度及含沙量的改变会使得泥沙对氨氮的吸附过程及总吸附量发生改变;（3）准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型都能够对紊动状态下泥沙吸附氨氮过程进行拟合,但不同模型对吸附变化的判断及趋势的预估有所不同。     

考虑位置随机性的固体颗粒起动临界流速研究

水平井钻井、砾石充填及冲砂等作业都涉及到固液两相流动的固体颗粒起动问题。液流作用下颗粒的起动与其在床面上的沉没位置有关，沉没位置的随机性导致颗粒起动的随机性。引入颗粒无因次沉没度随机变量，将其概率密度视为均匀分布，考虑颗粒重力、水流推力、上举力、水柱静压力和粒间粘结力以及各力臂与沉没度的关系，通过力矩平衡分析，建立了考虑颗粒起动随机性的临界流速公式。结合无因次沉没度的概率分布函数，在临界流速与颗粒起动标准之间建立了定量关系，为一定颗粒起动标准下的临界流速计算提供了实用公式。用得出的公式进行了实例计算，并将计算结果与已有试验结果进行了对比，在0．001～10mm粒径范围内两者吻合较好。     

考虑位置随机性的固体颗粒起动临界流速研究

水平井钻井、砾石充填及冲砂等作业都涉及到固液两相流动的固体颗粒起动问题。液流作用下颗粒的起动与其在床面上的沉没位置有关,沉没位置的随机性导致颗粒起动的随机性。引入颗粒无因次沉没度随机变量,将其概率密度视为均匀分布,考虑颗粒重力、水流推力、上举力、水柱静压力和粒间粘结力以及各力臂与沉没度的关系,通过力矩平衡分析,建立了考虑颗粒起动随机性的临界流速公式。结合无因次沉没度的概率分布函数,在临界流速与颗粒起动标准之间建立了定量关系,为一定颗粒起动标准下的临界流速计算提供了实用公式。用得出的公式进行了实例计算,并将计算结果与已有试验结果进行了对比,在0.001～10mm粒径范围内两者吻合较好。     

非均匀沙隐暴作用的研究现状及其起动矢量式

系统回顾近几十年来国内外有关非均匀沙隐暴作用的研究状况,阐述诸多研究成晨的局限性及其存在的不足,在此基础上,作者采用最新的矢量力学分析方法,探讨任意面上处于隐蔽和暴露状态的泥沙颗粒的受力关系,建立了更具一般性的非无效产沙起动流速矢量公式,文中又对不同方位床面上的泥沙起动公式进行有益的讲座,并对暴露状态下的一维公式进行了验证。     

沙漠风蚀中不均匀沙的起动研究

在不均匀沙的起动风速研究中引进了床面阻力的概念，并进一步假定沙粒在起动过程中所受床面阻力与不均匀沙的平均抗剪强度成正比，从而依据床面上沙粒的力平衡条件，得到了一个不均匀沙的流体起动公式，本公式能够明显反映不均匀沙在起动中所表现出来的主要特征：起动风速随中值粒径的增加而增加；在均匀沙的粒径与不均匀沙的中值粒径相当的条件下，不均匀沙的起动风速较小．最后应用文献中所列各沙的起动风速实测值，对公式中的系数进行了确定．并计算出实测数据与理论数据之间的相关系数R=0．926，由此可见，公式的结构是比较合理的．     

轨道几何状态均匀性指数及其应用

为更好地评价轨道几何状态的均匀性,提出了反映单元区段内轨道几何不平顺标准偏差变化趋势的新的评价指标--轨道几何状态均匀性指数(track geometry equality index,TGEI).以津浦线轨道几何不平顺数据为例,利用轨道几何状态均匀性指数与其他轨道几何状态评价方法或指标对轨道几何状态的均匀性及维修前后轨道几何状态数据变化的敏感程度两个方面做了对比分析,验证了新方法的有效性,并以此为基础分析了新方法的特点及其适用范围.     

水流作用下裂隙内沉积颗粒起动临界流速研究

为了优化阻塞裂隙的水力冲刷工艺参数,采用物理试验和理论分析相结合的方法,建立了水流作用下颗粒起动有效作用流速数学模型,研究了水流作用下裂隙内不同形状颗粒的起动方式和颗粒起动临界流速随颗粒粒径、流体密度和裂隙高度的变化特性。结果表明：近圆颗粒和椭球颗粒主要以滚动方式起动,扁平颗粒以滑动方式起动;颗粒起动临界流速随颗粒粒径的增大呈现对数增大的变化规律,随流体密度的增大呈减小的变化规律;进一步地,由于颗粒起动有效作用流速与裂隙高度的增大呈负相关的变化规律,因此颗粒起动临界流速随裂隙高度的增大而增大。为提升阻塞裂隙的水力冲刷效果,应采用的方法是增加流体介质的密度,促使裂隙内更多的沉积颗粒发生起动。此外,当水力冲刷工艺运用至裂隙发育的地带时,应该适当提高水力冲刷工艺的注水量,提高堵塞裂隙的水力冲刷工艺效果。     

180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义.基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析.试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面...