波浪作用下粗颗粒泥沙的运动规律

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 年 研 究 院 孚 研 究 七竺 第 一 期 ’ 浮秆科︸日运 一木一水︸水彭利 波浪作用下粗颗粒泥沙的运动规律 鲍曙 东 刘家驹 河港研究所 提 要 ” 一 本文主要研究平底沙床在浅产波作盯的粗颗粒泥沙起势租输沙规冬禅过熊星 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 途径和水槽试验结果 · 提出丁具有二定理论基础 的浅水碑作用卞的泥沙起内 和输沙计算公式 。 · 、 、 · 忆了 、 前 甲去, 口 主要由近岸波浪运动所引起的沙质海岸的泥沙运动 , 是海岸泥沙运动中 的一个问题 。 一是破碎波沿岸流所引起的沿岸泥沙运动 另一是浅水波引起 ’ 、 , 辘蒸沙运动 。 前者 , 由于泥沙输送的现象直观性较强 , 因此 , 多为人们所注意 。 而后者 , 泥 沙运动主要在海底产生 , 往往不易为人们所觉察 。 实际上 , 浅水波作用下的泥沙输送现 象也是很明显的 。 对这个问题的研究 , 不仅有理论上的意义 , 而且有其重要的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实际 意义 。 例如 一条通过浅滩的人工航道 , 浅滩上的破碎波沿岸输沙固然可使航道发生回 淤 , 而非破碎波作用下的底部输沙 , 同样对航道回淤起重要作用 。 二 、 已有成果简介 近 四十年来 , 对波浪作用下的泥沙起动及泥沙输送方面 的研究 , 取得了不少成果 。 、 对波浪作用下的泥沙起动间题 , 大多采用经验方法或半经验半理论方法 。 有 代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 性 的 有 、 、 佐滕清一和岸力 、 夕 、 工 。 、 刘家驹 〔’〕 、 产妙川顶‘ “ 〕 。 、 和 以及赵子丹 〔“ 〕等的研究成果 。 对波浪作用下的 泥 沙 输 送间题 , 国外已有不少学者进行过研究 , 所得的一些成果大多是将单向水流 中 的推 ’ 移 质运动公式加以简化修正 , 移植到波浪作用下的泥沙输送间题中来 。 主要有 、 〔呜 〕 和 。 〔 〕 等 。 这 些 成 果虽未能达到完善的程度 , 但有些 已得到科技界和工程技术界的承认和应用 , 并对其不 足之处逐步给予修正 。 在国内 , 浅水波输沙间题尚未引起应有的重视 。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 水 利 水 运 科 学 研 究 年 三 、 波浪作用下泥沙起动和输沙 波浪向前传播时 , 能量亦向前传播 。 静止的泥沙从波浪中吸取了能量而产生运动 , 即波浪有一部分能量转化为泥沙运动的动能 。 因此 , 对波浪而言 , 它就失去了这部分能 量 。 所 以 , 泥沙的运动与波浪能量的损耗密切相关 。 当观察水槽中推移质泥沙在波浪作用卞运动时 , 可 以看到泥沙运动有下 列 几 种 状 态 在小波浪作用下 , 泥沙静止不动 。 当波浪加大到一定程度时 , 个别突出的泥沙颗粒有时会产生急剧的颤动 , 甚至 极个别泥沙顺粒会产生极短距离的位移 。 个别泥沙顺粒产生颤动的原因是 , 作用在泥沙颖粒上的外力存在着脉动 , 使得作用 力有时会突然大到足 以使泥沙起动 , 但由于泥沙的惯性又使这沙粒不能立刻脱离静止的 位置 , 而等沙粒刚要起动时 , 作用力 又因脉动的影响而降低至起动时所需要的临界值以 下 。 可见 , 要使泥沙起动 , 作用于泥沙上的力的平均值 , 应大于泥沙起动时所需的临界 值 。 而极个别泥沙顺粒有短距离的位移 , 则是由于泥沙颗粒形状很不规则以及颗粒分布 非常复杂 。 极个别泥沙可能突出于诸颗粒之上具有一定的位置势能 , 变得很不稳定 。 只 要有一适当的低于泥沙起动临界力的力作用时 , 就使得它运动 , 原来颗粒所具有的势能 转化为其运动的动能 , 但这种动能很快就被颗粒间的摩擦 、 碰撞所损耗 , 泥沙只能运动 一很短距离就停止下来又恢复静止 。 当波浪进一步加大 , 作用于泥沙上的力刚刚大于泥沙起动所需的临界力时 , 泥沙 开始运动 , 并且随着作用力的不断增大 , 泥沙运动的数量越来越多 , 即有一定数量的输 沙率存在 。 这种以推移质形式运动的泥沙 , 又可分为接触质和跃移质两种 当泥沙颗粒所受到的拖曳力大于泥沙的最大静摩擦力时 , 摩 ‘ 一 、 , 泥沙就开始 以接触质形式向前滑动 为拖曳力 , ‘为泥沙水下重力 , 为外界对 泥 沙作用的垂直分力 , 摩 为泥沙的静摩擦系数 。 在附动过程中 , 由于床面高 低 不 平 , 往往泥沙以滚动的方式向前运动 。 此时 , 泥沙从水流中获得能量和损耗能量的过程为 当水流速度大于泥沙运动速度时 , 泥沙从水流中获得能量 。 获得的能量一方面转化为泥 沙运动时所具有的动能 〔包括泥沙的平动动能 、 泥沙转动动能及泥沙颗粒加速时所需动 能 另一方面 , 也由于颗粒间碰撞时产生的热能而损耗 。 当水流减速到小于泥沙的运 动速度时 , 泥沙所具有的动能就损耗于颗粒间碰撞所产生的热能以及泥沙对接触泥沙的 水质点反作功 , 最终由于能量损耗完毕 , 泥沙恢复静止状态 。 若作用于沙粒上的上举力大于泥沙水卞重力时 , 则相当于泥沙受到一冲 击 力 作用使它从床面上跳起 , 以跃移形式向前运动 。 此时 , 当水流流速大于泥沙 运 动 速 度 时 , 泥沙的速度和位置高度都在增加 , 也即泥沙动能 、 势能都在增大 。 当泥沙的速度超 过水流速度后 , 泥沙就要转而下降 , 重新落到床面上 。 在下降落到床面的过程中 , 泥沙 也对水流有反作用 , 传递一部分能量给水 , 落到床面时对床面泥沙有冲击作用 , 将一部 分能量传递给静止的泥沙转化为热能散失 若泥沙动量较大时 , 可能再继续跳动 , 从 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 期 波浪作用下粗顺粒泥沙的运动规律 而运动的泥沙又恢复到静止状态 。 综上所述 , 可以看 出不论泥沙是 以接触质还是跃移质形式运动 , 泥沙与水流相互向的 能量转换都是一致的 。 都是当泥沙被速度较高的水流挟带时 , 从水流中获得能量 , 当水 流速度减速小于泥沙运动速度时 , 沙粒一方面又驱动周围的水流而对水流作功 , 将一部 分能量还给水流 。 另一方面 , 当它与床面上泥沙相互作用时 , 又将一部分能量传递给床 面上的泥沙 , 转化为热能散失掉 。 需要指出的是 , 泥沙所摄取的能量来自子水流的平均 运动所具有的动能 , 而不是水流紊动动能 。 因而 , 推移质泥沙的运动将增加水流的能量 损失 。 因此 , 在研究泥沙运动规律时 , 就从波浪水体能量损耗平衡方程式发出 , 建立泥沙 运动与波浪之间的关系 。 在试验条件下 , 波浪水体的能量损耗有几个方面 水的粘性所引起的能量损 耗 粘多 水体紊动引起的能量损耗 紊 水流受床面泥沙摩擦所引起的能量损耗 底 , 沙层 中渗 流运动所引起的能量损耗 渗以 及水槽玻璃边壁所引起的能量损耗 边 。 因此 , 波动水 体能量损耗的平衡方程为 耗 粘 紊 底 渗 边 通过分析 , 由于水体粘性 , 渗流及玻璃边壁所产生的能量损耗较小 , 故在以后的分 析中予以忽略 。 由此 , 波浪水体能量损耗平衡方程为 耗 紊 十 底 一 泥沙起动公式 在方程 中 耗 器 粤黔荞二 。 器 笋“中 一 奄器计 叫 邵 〕尝 ‘ , 认为波长在传播中不变化 紊 韵 “ 二 、 “ 、 甲 , 式中 下 —水质点平均速度 里 生盆 , 兀 咖 鱼一二一 —水体紊动粘性系数 , 下 评证万百吸石 , © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 水 私 水 ’ 运 甄 街 ’ 研廿究 、 、 牟 、 一爪带‘“ 钟一 ’ 一甲 , 一 , 、 ‘ 二贪仔 , 么 一 。。 。 , 忿 五 界药可非止的试脸擎料 , 刘家驹〔‘ 、 ’〕得 · 、 一 一 · 。 , ‘ , 。 。 。 泥沙起动时 , 床面泥沙绝大部分仍妊宇不运动状态 , ‘ 此时输沙量极小 。 底部对波能 的损耗主要为床面与水流摩擦所引怂 因华, 义底部声起的能量损耗为临界起动能量 访 可斗补为这种埠耗与泥沙形声锥 , 并定 假定为 “ 一 丫 一 ‘ 一 , 、 。 兰 丫 , 一 丫 丫 ’ 式中 。 、 —系数 , 由试验确定 。 因此 , 泥沙起动公式为 。 竺 工二工 一 、 丫 兀 忍 飞 , , , 一 硒 五‘ 人石少 习了 一 ‘、甲 ’ 十 甲 ’少丫一 吼︸ 二 泥沙输送公式 当波浪进一步增强到超过泥沙起动时的临界波浪后 , 泥沙运动的数量和 速 度 都 增 大 , 这必将引起更冬的波能损耗 。 能量损耗中超过临界起动功率饥的部分 , 则反 映 在 泥沙的输送上 。 因此可以假定 , 在有泥沙输送时的底部能量损耗可用线性叠加的两部分 来代丸 一是泥沙起动时的临界起动能量 二是底沙输送祈握朴单稗能 。。 这 样可 以 得习 耗 “ 紊 。 , 运动的底沙所损耗的能量 , 实为运动的底沙具有的动能及颗粒间碰撞时 产 生 的 热能损耗 · 因此 , 与底沙运动的数量和速度密切相参 可以把它写成单宽底沙输沙率 以干重计 的 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 折形式 , 二 , 根据拜格诺在美国水道试验站做的鸭沙试验结果 , 主面谕数形式可定为 二 一 , , 丫一 丫 —系数 , 数 。 因 值反映波能损耗与输沙率之间的关系 , 我们将 称为能量传递系 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 期 波浪作用下粗颖粒泥沙的运动规律 此外 , 为解决泥沙输送时 , 除去泥沙颗粒形态的影响 , 还将泥沙输送时能量损耗平 衡方程式与泥沙起动时能量损耗平衡方程式相减得到下列泥沙输送公式 耗 一 耗 。 紊 一 紊 。 十 , 。 二 , 曰 一广 一 丫 一 任 ‘ 名 会 “ 〕 一 鉴一呱 甲 , , 全甲 , 甲 , , 丫 , 一 丫 丫 四 、 试验及结果分析 一 试验范围 试验在长 、 宽 和高 的波浪水槽中进行 。 模型沙选用三种粒径的均质 天然石英沙 丫 , “ 。 三种粒径的石英沙 。 。分别为 、 、 。 试验范围为 , 水深 、 、 , 波高 , 一 , 波周期为 。 , 二 试验结果 将试验 中得到的波要素值及输沙率值分别代入 式 、 式 中 , 算得波浪作用下 各组泥沙起动时的临界起动能量 和泥沙输送时的能量传递系数 。 其结果分 别 列 于 表 和表 。 表 实测 泥沙 惨界起动 能量 单位 · 一 人⋯ ⋯分 。 巧 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 水 利 水 运 科 学 研 究 年 表 能 量 传 递 系 数 、、、 沮 , 匀 。 。 。 。 。 , 。 , 。。巧、、一瑰 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 期 波浪作用下粗颗粒泥沙的运动规律 由试验所得到的泥沙临界起动能量 可发现 , 对于向一粒径的沙 , 虽然作用 的 波 要素不 同 , 但其临界起动能量 的量值比较接近 。 故可认为 , 对于某一拉径的 泥 沙 , 存在一临界起动能量且近为一常数 。 取其平均值代替这一常 数 , 其 结 果 为 对 。 。 二 心 石 英 沙 临 界 起 动 能 量 为 · , 。 。 二 。 石 英 沙 , 。 为 。 · , 。 。 二 。 石英沙 , 。 为 · 。 由此 , 就能方便 地 确 定 火 式中的各待定系数 , 并得到 二 , “ , 从而有 。 二 。 丫 玉、 二丫一 反之 , 由上式 , 还可得到不 同粒径石英沙的 临界起动能量 。 当然其粒径范围应受到 一定限制 。 从计算得出的各组能量传递系数 可发现 , 对于不 同粒径的石英沙 、 不 同波要素作 用及不 同的输沙量而言 , 除个别组次外 , 值范围变化不大 , 故在试验范围内 , 亦可认 为 值为常数 。 同样 , 取所有 值平均值代替真值得 二 。 由于 连 式计算出的紊动能量损耗 紊 在波能损耗中所 占比重不超过 , 故根据 试验数据直接作出 耗 一 。与输沙率 的关系 如图 。 图中直线方程为 耗 一 。 二 又 止全 二工 一 「「丫二二二 ” 。砚吧‘ 城城城城城城 巧。 肠 们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们们「「—— 不场 以 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 乙硕硕硕硕硕硕硕硕 ‘ ’ 卜 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜尹尹 一 】】】】】 一一厂了 夕川川 ’’’’’’’’ 州州一一」」 叼叼 份流一 ,五产不不不」」 飞飞 洲洲盯 ‘‘‘‘ 夕夕匕匕 一一一一一一一 月月户 书书书书书书书书书 习习习习习巨 叫叫巨巨二 ⋯⋯ 州州卜「「 习 二二叫叫 卜卜冲 ————————— 一 图 三 波 。变化 , 会的确定 以上用试验资料验证了本文提出的起动和输沙公式的结构形式 , 确 定 了 。、 、 和 值 , 表明本文的理论分析前提是正确有效的 。 但实际上 , 公式中出现的波高沿程 衰减率会的规律还需进一步确定 , 否则 , 直接应用它们来计算波浪作用下的泥沙运 动 是有困难的 。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 水 利 水 运 科 学 研 究 年 近几十年来 , 对望 的规律也有人通过专题试验的途径进行过研究 。 具有代表性 的 一 ’ “ ” ‘ 一 ” ’‘ ”‘ 华 ’ ‘ 一 ’‘ 、一一 、 一 一 ’ 一 ’ 一 ’一 一一 ’‘ ’一 一 ’ 一 尸 ”” 一 ” 是 吕 〕的工作 。 他采用阻力平方定律 , 用压力式循环水洞 , 在定床情况 下 进 行试验 , 得出了一些成果 。 作者应用现有的一些泥沙起动和输沙资料 , 寻求在试验范围内将波高沿程变化率与 波要素 、 水深和泥沙状态建立经验关系 。 据试验资料 , 波高的衰减率与下列参量有关 波高 、 波长 、 泥沙粒径 、 相对 水深各和输沙率 器 二 , , , 式各 , 作为初次近似 , 将 略去不予考虑 , 则有 而了 只日她 通过资料分析 , 确定 一 ‘ · , “ · 。, , · ‘ , 二 奇 , 日 · · 从而得 华 , · · “白加 一 坦 “ 一 吕“ 五 五 、 结 一 语 通过对波浪作用下泥沙运动现象及泥沙对水流能量影响的分析 , 我们从能量途径建 立了波浪作用下的泥沙运动公式 。 根据试验结果 , 确定了泥沙临界起动能量和能量传递 系数 , 并建立了波高沿程蓑城率的经验关萦 , 从而可将公式应用到天 然条件中 。 一 从能量途径来建立波浪作用下的泥沙起动和泥沙输送公式是有效可行的 。 二 根据理论分析结果 , 建立了波浪作用下泥沙临界起动能量 。和能量传递系数 的概念 。 由试验得出 。、 均近为常数 。 ‘三 , 根据试验资料 , 建立了波高沿程衰减率 器妞的经。系 , 从而使、水槽 中建立的泥沙运动公式应用到夫然条件中丢成为可能, ’ 四 对夫然条件下判断粗赖粒泥沙是否起动及计算输沙率建议使用如下关系 , 飞 , ’ 一 、 ‘ , 。 。 工 立 』二 、 、 丫 一 , © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 期 波浪作用下粗颗粒泥沙的运动规律 一 。 。 又 一 其中 。 , , 下 。丫怪 「, 二 “ 、“ 、 一 一 —一 一 万 一 —‘ 、 , 艾 二 ’ ” “ · 恋 伍石 玉丽砰 ‘恋不不 参 考 文 献 〔 〕刘家驹 , 〔 〕 亡, 波浪作用下的泥沙起动间题 , 水利水运专题述评 , 第十辑 , 年 。 , 丘 工 支 , , , , , 〔 〕赵子丹 , 波浪作用下的泥沙起动 , 海洋通报 , 年第 期。 〔 〕 , , , , , 全 , 〔 〕 , , , , , 飞 , 〔 〕刘家驹 、 徐敏福 , 波浪紊动和波浪掀沙的试验研究 , 南京水利科学研究所 , 年 。 〔 〕刘家驹 , 波浪规律研究中的能量摄取和能量损耗问题 , 南京水利科学研究所 , 年 。 〔 〕 , , , 加 , 一, , 〔 〕钱宁 、 万兆惠 , 泥沙运动力学 , 年 。 入压 “ 了 呈 芡 ‘ 呈 王 , , 一 呈 呈