波浪引起的渗透力对泥沙起动的影响.pdf

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1、第14卷第2期中国水运No．22014住2月ChinaWaterTransport2014波浪引起的渗透力对泥沙起动的影响夏令(宁波市交通Z-程质量安全监督站，浙江宁波315000)摘要：波浪在泥沙颗粒起动中的作用主要体现在两个方面：一是波浪边界层的形成和发展；二是振荡波压力在海床中引起的渗流导致的渗透力。目前泥沙研究主要着力于第一点，而第二点尚未引起广大研究者的关注。本文基于Mei和Foda(1981)提出的边界层理论，讨论了波浪渗流引起的渗透力在底沙起动中的作用。典型海洋波浪条件下的计算结果表明，当海床饱和度低于1时，渗透力的影响将非常显著，甚至在数

2、量级上超过上举力。由于实际海床不饱和的情况普遍存在，因此在分析波浪作用下的泥沙起动时，必须考虑渗透力的作用。关键词：波浪；泥沙；起动；海床边界层；渗透力中图分类号：IV142文献标识码：A文章编号：1006—7973(2014)02—0273—04一、引言由，导致孔隙水和土骨架之间有一定的相对运动，但是，在泥沙的起动是指泥沙颗粒在一定的水动力条件下，由静海床面以下一定深度位置，孔隙水的流动已经相当缓慢，一止转变为运动的临界状态。对此，国内已有很多学者进行了般可以忽略它与土骨架之问的相对运动。基于这样的思想，大量的研究，从他们的研究成果中，可以发现，获得波

3、浪作Mei和FodaI(1981)提出可以将海床分为两个区域进行用下泥沙起动公式，一般通过以下三种方法：(1)分析单个研究，即海床表面附近的边界层和边界层以外的区域(图1)。泥沙颗粒进行受力情况，建立力平衡方程，求解得到。(2)将单向水流条件下得到的Shields曲线推广到波浪作用情况。(3)基于大量的试验数据，建立泥沙起动经验公式。波浪作用下泥沙颗粒的受力情况非常复杂，影响因素众多，目前研究中往往缺少对其受力的全面考虑，使得第一类公式存在一些缺陷；而第二、第三类方法通常又带有较强的经验性。所以，对于波浪作用下泥沙起动，现阶段还没有一个普遍适用的公式。波

4、浪研究中，一般假设水体无粘性，但是当波浪进入浅水区后，由于水面的扰动所引起的水质点运动开始达到海床”E表面，即所谓的波浪开始“触底”，此时底边界会对近底波浪图1边界层示意图水流产生一定的影响，在床面附近的一个薄层内，必须考虑边界层理论大大简化了波浪作用下海床动力响应问题的水体的粘性，也就是说在海床面上存在一个边界层，底床泥求解，其基本假设如下：①孔隙水和土骨架各向同性、均质；沙运动通常限于这个边界层内，边界层的形成和发展对底沙②孔隙水可压缩，土颗粒不可压缩(注意土骨架是可压缩的)；的运动有着重要的影响。③土骨架的应力应变关系服从广义胡克定律；④孔隙水渗流

5、我国泥沙界主要着力于波浪边界层对泥沙起动影响方面服从Darcy定律。的研究，钱宁先生_l】在他的泥沙运动力学>)中讨论了波浪求解思路为：首先将海床中的孔隙水和土骨架作为一个掀沙的机理，窦国仁【2】、赵子丹_3等也先后有相关的成果发表。整体，求出海床的波浪响应；然后考虑孑L隙水和土骨架相对这些成果对于波浪作用下泥沙起动的研究起到了积极的推动运动，进一步求出海床边界层内的修正值。把两个解相加就作用。但波浪对海床泥沙的作用除了波浪边界层的形成和发构成了完整的海床波浪响应解。如果以()。表示孔隙水和展外，还包括周期性振荡的波压力在海床中引起的渗流导致土骨架作为一

6、个整体同步运动时的解，以()表示孔隙水和的渗透力对海床表层泥沙起动的影响，而这一点却尚未引起土骨架之间存在速度差时的解(即边界层内修正项)，那么边广大泥沙研究者的关注，本文基于Mei和Foda(1981)_4界层内的完整解就是()。+()。提出的海床边界层理论，从微观上对泥沙颗粒起动时的受力三、渗透力对底沙起动的影响特性进行研究，以期能从理论上完善波浪作用下的泥沙起动边界层理论在透水边界问题上的应用是合理的，且简单问题。可行『5】，因此本文借助该理论分析海床表层的泥沙起动。Mei二、海床边界层理论和Foda[】根据动量守恒，得到海床内孔隙水和土骨架的动量

7、由于边界透水，孔隙水在海床表面的渗入与渗出比较自方程分别为：收稿日期：2013—11—30作者简介：夏令(1981一)，男，硕士，宁波市交通工程质量安全监督站工程师，从事水运工程质量监督。274中国水运第14卷对于海床表层泥沙，z=0，于是(7)式简化为：m1鲁一，z考一(1)，+署j(8)根据渗流力学，单位渗透力是渗透水流施加在单位土体内土粒上的拖曳力。若假设泥沙颗粒为球形，中值粒径为dso，(1．警=_(1考+(2)则其体积=吉石3。，那么，土体体积。二笮，所以，渗透力F为：1F=f．v-1nmm1盟2coshkh8n⋯4。是土的有效应力；p是孔隙水

8、压力；t是时间；惫，一+6()j／(9，)，一对大小相等、方向相反的力的作用，即