(a)泥沙颗粒相对隐蔽度在散体沙起动研究中的应用.pdfVIP

第28卷第7期 长 江科学 院 院 报 V01．28No．7 of RiverScientificResearchInstitute JournalYangtze 0 1 1 201 1年7月 Jul．2 文章编号：1001—5485(2011)07—0001—06 泥沙颗粒相对隐蔽度在散体沙起动 研究中的应用 孟震。杨文俊 (长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室，武汉430010) 摘要：运用泥沙隐蔽度的研究成果，结合泥沙起动的滚动模型，导出了以隐蔽度为参数的泥沙近底作用起动流速公 式。通过对该式分别进行的极限分析和单调性分析，论述了散体沙起动的几个物理现象，论证了宽级配非均匀沙 的起动特性。经过对泥沙颗粒隐蔽度分布特性及泥沙起动标准的分析，建立了泥沙颗粒隐蔽度与无因次起动切应 力之间的数值关系。最后借鉴前人的研究成果，验证了本文公式的适用性。 关键词：隐蔽度；起动；极限；单调性；起动条件 中图分类号：TVl42 文献标识码：A 露度为参数的起动公式(韩其为等)。从上述中间 的2种研究方法中，我们不难得到宽级配非均匀沙 1 概述 的起动特性：粗颗粒较之同粒径的均匀沙易于起动， 泥沙起动研究已有200多年的历史，研究前期 细颗粒较之同粒径的均匀沙难于起动，中等粒径泥 主要针对散体均匀沙，如较著名的“六次方定律”和 沙颗粒与同粒径的均匀沙起动条件相当¨’2J。 Shields无因次临界拖拽力…等。这一时期对泥沙 本文拟从3个方面来研究泥沙颗粒相对隐蔽度 起动的处理方法一般分为3个步骤：①把泥沙颗粒 在散体沙起动中的应用：①借鉴韩其为的研究思想， 概化为球体，忽略粒间作用力和粘结力；②通过对泥 建立以相对隐蔽度为参数的散体沙近底作用起动流 沙颗粒受力分析，建立滚动起动、滑动起动或跳跃起 速公式；②结合非均匀沙颗粒相对隐蔽度的研究成 动方程，并推求泥沙近底作用起动流速；③采取某一 果，数学上论证宽级配非均匀散体沙的起动特性； 水流流速分布来建立近底作用流速与垂线平均流速 ③分析起动标准及相对隐蔽度分布特性，数值上建 的关系，或者把近底作用流速转化成无因次临界起 立散体沙起动临界切应力与相对隐蔽度在不同起动 动切应力。 标准下的对应关系。以下所述隐蔽度若无特殊说明 散体均匀沙的起动研究总体上还是比较成熟 均表示泥沙颗粒相对隐蔽度。 的，但是对散体非均匀沙的起动研究仍存在很多困 难，至今起动公式仍没有统一的形式。一般来讲，散 2泥沙颗粒隐蔽度 体非均匀沙起动的研究方法主要体现在4个方 面口]：①取宽级配非均匀沙中某一级配泥沙做代 如图1所示，参考前人的研究方法旧]，将颗粒概 表，直接代入散体均匀沙的起动(流速、切应力、功 化为二维“圆饼”状。泥沙颗粒隐蔽度为床面上所 率等，下同)公式；②引入一个附加力(阻力、动力及 研究表层泥沙颗粒的最低点到与下游颗粒接触点之 质量力)，建立泥沙起动平衡方程，推求出具有一定 间沿床面的垂向距离(隐蔽长度)与所研究颗粒粒 物理意义的起动公式(秦荣昱、张启卫等)；③通过 径的比值，记为叩。并定义1一叩为泥沙颗粒的暴露 研究颗粒的绝对暴露度，建立被“增大”或“减小”后 度，记为孝。研究表明∞J：对于均匀沙来讲，统计意 的等效粒径，并代入起动平衡方程推求泥沙起动公