实验三不同粒径泥沙起动流速.docVIP

实验三 不同粒径泥沙起动流速 1 实验目的 了解在一定坡度下，不同粒径泥沙的起动流速，为探讨水土流失规律、制定水土保持措施规划和设计提供理论依据。? 2 实验材料准备及沙粒粒径组的粒径值计算 将从野外采取的沙粒手工拣去石块，用标准土壤筛筛选得到一定粒径范围的分级沙粒，粒径组分别为1.00～2.00 mm0.50～1.00 mm0.25～0.50 mm0.10～0.25 mm0.074～0.10 mm5个粒径组，筛分后每个粒径组的泥沙重量至少为5.0 kg。 ??? 当泥沙只有一个粒径组时,常采用沙粒的几何平均值作为其平均粒径值，沙粒几何平均值的计算式如下:?????????????????????? ???????? ??????????????? ?Di＝√Du·Db ???? 式中: DI——某一粒径组的粒径平均值; ??????? ???Du——某一粒径组的粒径上限值; ???????? ??Db——某一粒径组的粒径下限值。 ??? 以上制备的每一粒径组的几何平均值如下表所示。 实验用沙粒的几何粒径值(mm) 粒径范围 0.1～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 2.0～5.0 5.0～10.0 几何粒径 0.224 0.707 1.414 3.162 7.071 3 实验仪器及用品 3.1 可变坡度泥沙起动流速实验装置一套，主体设备包括一个长2.0m、宽0.2m冲蚀槽和一个设置在其上方的溢流式可调节流量恒水位供水水箱（图3.1）。 3.2 普通秒表一块。 3.3 红、篮液体指示剂各400 ml。 3.4 测坡仪一个。 3.5 记录本、铅笔、橡皮、小刀、计算器等文具用品适量。 3.6 Y250型毕托管4套。 4 实验原理 泥沙在水流冲击下的起动流速受到多种因素的影响，主要有泥沙的几何形状、泥沙粒径大小、地面坡度、泥沙所处边壁条件的粗糙状况、水流流量大小和其流速的高低等。 本实验为简化影响条件，选用特定形状的沙粒（花岗岩风化沙粒）和特定的边壁糙率条件（糙率为0.0020），通过改变沙粒粒径、地面坡度、水流流量和流速来探讨不同粒径沙粒在特定边壁条件和不同地面坡度下的起动流速。? 5 地面坡度设计和沙粒起动的判别标准 5.1 地面坡度设计 ??? 地面坡度设计为5°、10°、15°、20°、25°和30°6种。 5.2 沙粒起动判别标准 ??? 泥沙在水流冲击下，不可能同时起动或同时不动。因此沙粒的起动判别就必须遵循一定的标准。我国学者窦国仁对克雷默(H. Kramer)提出的推移质运动状态进行了定量分析，他以近底流速u0作为标志泥沙起动的水力指标，据此他提出了相当于克雷默的三种推移质运动状态的起动概率Pc, 它们分别为: ??? (1) 个别起动? Pc1＝0.00135 ??? (2) 少量起动? Pc2＝0.0227 ??? (3) 大量起动? Pc3＝0.159 ??? 本研究取Pc3=0.159作为判别泥沙起动的统一定量标准.? 6 实验步骤 6.1 将冲蚀槽的坡度调节到5°，分别将备好的5个粒径组的沙粒投放于实验槽内100～300Q以使流速V增大，当有15%以上沙粒开始在底床运动时，即为在该特定条件下的沙粒起动流速Uc。不同槽面坡度下非粘性花岗岩沙粒起动流速如表3.1所示.? 表3.1 ?5°槽面底坡时沙粒起动流速Uc(m/s) 粒径(mm) 0.1～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 2.0～5.0 5.0～10.0 ? ? ? ? 实 验 次 数 1 ? ? ? ? ? 2 ? ? ? ? ? 3 ? ? ? ? ? 4 ? ? ? ? ? 5 ? ? ? ? ? 6 ? ? ? ? ? 7 ? ? ? ? ? 8 ? ? ? ? ? 9 ? ? ? ? ? 10 ? ? ? ? ? 平均 ? ? ? ? ? 注: 起动流速Uc测定分成两个完全独立的实验组,每一组对每一测定的Uc值进行5～10次实验测定,剔除不正常值后根据各次观测到的泥沙起动流速值Uci计算得Uc值. 6.2 将冲蚀槽的坡度分别调至10°、15°、20°、25°和30°，依次放入备好的5种粒径的沙粒，通过调节供水水箱的阀门以改变所需的流量和流速，重复6.1中所述内容，将观测数据分别记录于表3.2、表3.3、表3.4、表3.5和表3.6。? 表3.2 ?10°槽面底坡时沙粒起动流速Uc (m/s) 粒径(mm) 0.1～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 2.0～5.0 5.0～10.0 ? ? ? ? 实 验 次 数 1 ? ? ? ? ? 2 ? ? ? ? ? 3 ? ? ? ? ? 4 ? ? ? ? ? 5 ? ? ? ? ? 6 ? ? ? ? ?