宽级配非均匀沙运动特性研究.pdf

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1、第42卷第13期人民长江Vo1．42，No．132011年7月YangtzeRiverJuly，2011文章编号：1001—4179(2011)l3—0072一O4宽级配非均匀沙运动特性研究王思莹，段文刚，李利(长江科学院水力学研究所，湖北武汉430010)摘要：为了探索泥沙在水力作用下的运动规律，通过水槽试验，对均匀沙、连续和不连续宽级配非均匀沙的沙床发生起动和冲刷的运动特性进行了观察和对比分析。将均匀沙的沙莫夫公式加以推广，表征了非均匀沙各级运动对应的临界流速与水深及各材料参数的关系，拟合得到了不同种类的沙床发生各级运动对应的临界流速系数。计

2、算结果与试验现象的对比分析表明，与均匀沙相比，连续宽级配非均匀沙一旦发生起动，其颗粒运动更容易加剧形成冲刷；而缺粒径段的不连续宽级配非均匀沙，由于大颗粒的荫蔽阻挡作用，冲刷较难形成。关键词：泥沙运动；非均匀；宽级配；临界流速中图法分类号：TV142文献标志码：A天然河道中水流对河床的冲刷，暴雨形成的泥石动公式。唐造造和方铎指出非均匀泥沙的起动应流的运动，边坡垮塌形成的堰塞湖的疏通等问题，都涉该同时考虑荫蔽作用和脉动作用力的影响。买巨及到泥沙的运动。当前科研界对均匀沙运动的研究已豁和王李平则在理论分析及前人试验结果的基础上，经取得一定进展。但由于山

3、区河流的床沙级配较从非均匀沙的起动条件及机理、挟沙率计算方法、悬移宽，组成成分复杂，粒径分布不连续等原因，致使山区质不平衡输沙等方面分析了非均匀沙的运动特性。河床冲刷和堰塞湖的疏通等问题涉及的泥沙运动与均HaitaoXuetal从非均匀沙床受到的拖曳力和推举力匀沙存在很大区别。所以，针对连续和不连续宽级配出发，建立了起动流速公式，并得出与相同大小的均匀非均匀沙的运动特殊性，加强对其运动规律和起动流沙相比，非均匀沙中的细颗粒更难起动，粗颗粒更容易速的研究，对自然河道的治理、山洪灾害的防治等都有起动的结论”⋯。相当的价值。总体来说，现阶段已有的工作都

4、是从不同的受力现阶段对非均匀泥沙的研究工作主要集中在对其或者力矩平衡模式出发，考虑不同因素对起动流速的起动流速和起动机理的研究等方面。陈嫒儿和谢鉴衡影响，针对非均匀沙的起动流速进行了测量和计算，对从近底水流结构及床面圆球绕流试验结果出发，阐明非均匀沙的起动机理进行了探讨。但由于非均匀沙运了非均匀沙起动机理的复杂性，建立了能反映非均匀动存在较大随机性，泥沙的级配组成对其起动判别标沙床暴露作用及荫蔽作用的起动流速简化计算公式，准有较大影响，准确的实测资料不易取得，现阶段对非并通过试验和野外观测资料确定了计算公式的系均匀泥沙起动的研究工作还没有完满一致

5、的结果，还数。韩其为和何明民通过引进非均匀床沙综合起需要科研工作者们的进一步努力。另外，现实生活中动流速的概念，结合推移质低输沙率规律，给出了综合的河床冲刷等问题不仅与泥沙的起动流速有关，还与流速的计算公式o。何文杜等则采用滚动起动模式，泥沙在不同水流运动以及运动的发展变化趋势直接相引入附加质量力和相对暴露度参数，推出了相应的起关。为了研究非均匀沙在不同水流条件下的运动特收稿13期：2011—04—18基金项目：“十一五”国家科技支撑计划课题(2008DAB29B02，2009BAK56B03)作者简介：王思莹，女，工程师，主要从事枢纽与电站水力

6、学研究工作。E—mail：thing@ustc．edu第13期王思莹，等：宽级配非均匀沙运动特性研究73性，本文通过水槽试验，对4种不同级配组成的非均匀表1中非均匀沙的不均匀系数C和曲率系数C沙进行了观测，并基于均匀沙起动流速的沙莫夫公式的定义分别为：对非均匀沙发生各种运动对应的临界流速进行了表征，给出了临界流速系数。通过与均匀沙的临界流速象，c=系数对比，结合试验观察结果，对连续和不连续宽级配从以上图表中可以看出，3—6号配料的不均匀系非均匀沙的运动特性进行了分析研究。与前人关注点数都大于5，属于非均匀沙。其中3号和4号的曲率不同的是，除了运动

7、特性和起动流速系数的比较外，还系数大于1，为级配良好的非均匀沙。5号和6号缺失着重分析了不同级配的沙床发生运动后发展趋势的区某些粒径段，材料的曲率系数小于1，为不连续宽级配别。非均匀沙。1试验布置和配料选择试验在矩形平坡水槽中进行。水槽长约15m，宽为0．5m，可达到的最大水深为0．6m。泥沙运动的试验设置如图1所示。沙床试验段铺沙长度为1．8m，厚度0．1m。水位h由上下游水位测针测量的平均值确定，断面平均流速采用流速仪测量。图3非均匀沙配料的粒径分布曲线试验中分别将1～6号配料作为床沙，比较了不同流量(40，65，80，100，120L／s)

8、和不同水深(10c瑚