【摘要】：推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)是河流動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ),以科學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行研究已逾百年,由于該領(lǐng)域涉及內(nèi)容較為寬廣且極為復(fù)雜,取得公認(rèn)的研究成果不多。圍繞推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律,本文從四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行研究:⑴歸納提出了表層沙摩擦角的物理概念,通過試驗(yàn)論證了泥沙休止角與表層沙摩擦角之間的區(qū)別,論述了非均勻沙休止角隨分選系數(shù)的變化規(guī)律,初步探討了偏度系數(shù)與峰度系數(shù)對(duì)非均勻沙休止角的影響,針對(duì)非均勻沙休止角及表層沙摩擦角的工程應(yīng)用,提出了非均勻沙的最優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)方面的建議。⑵針對(duì)泥沙起動(dòng)條件,同時(shí)考慮了水流紊動(dòng)特性和泥沙顆粒排列的隨機(jī)性對(duì)泥沙起動(dòng)的影響,利用泥沙滾動(dòng)起動(dòng)模型計(jì)算得出泥沙起動(dòng)條件并不是一個(gè)確定值,而是隨機(jī)分布在一個(gè)區(qū)間內(nèi);針對(duì)泥沙起動(dòng)概率,從面積比、數(shù)量比和時(shí)間比三個(gè)角度重新闡述了Einstein(1950)泥沙起動(dòng)概率的物理圖景,推求了一個(gè)新的泥沙起動(dòng)概率計(jì)算模型,并從水流上舉力分布、起動(dòng)概率積分區(qū)域及泥沙顆粒受力三個(gè)方面論證了Einstein(1950)起動(dòng)概率模型的合理性。⑶在改進(jìn)Engelund(1976)推移質(zhì)公式的基礎(chǔ)上,推求了一個(gè)推移質(zhì)平衡輸沙率公式,新公式兼具確定性和隨機(jī)性研究方法的優(yōu)點(diǎn),能夠較好地兼顧低強(qiáng)度輸沙和高強(qiáng)度輸沙計(jì)算的問題;開展了382組次的均勻推移質(zhì)平衡輸沙試驗(yàn),利用經(jīng)典的推移質(zhì)輸沙率數(shù)據(jù)和本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了多家推移質(zhì)公式的性能,結(jié)果表明本文公式具有較好的適用性。⑷開展了2種非均勻沙的多組次粗化試驗(yàn),實(shí)時(shí)記錄了粗化過程中的推移質(zhì)輸沙量、測(cè)量了推移質(zhì)分時(shí)段級(jí)配和粗化層級(jí)配,并利用新研發(fā)的三維地形儀測(cè)量、重構(gòu)了粗化層表面形態(tài)。數(shù)據(jù)表明,首次粗化與再次粗化過程中,推移質(zhì)輸沙率及級(jí)配具有顯著不同的變化特征,并且粗顆粒比例占優(yōu)床沙的粗化過程中還存在輸沙率陡增及輸沙級(jí)配變粗的“二次粗化”現(xiàn)象;高強(qiáng)度水流沖刷下,粗顆粒比例占優(yōu)床沙的粗化層形態(tài)呈沙波狀,而粗細(xì)顆粒比例相當(dāng)床沙的粗化層形態(tài)呈凹槽狀;在床沙級(jí)配和階梯沖刷水流中最大一級(jí)流量相同的條件下,推移質(zhì)輸沙總量、粗化層級(jí)配及床面沖刷深度與水流的沖刷模式基本無關(guān),即上述三要素在不同階梯水流沖刷下的結(jié)果基本相同。
[Abstract]:Bed load movement is the basis of river dynamics research, which has been studied by scientific method for more than a hundred years. Because of the wide and complex contents involved in this field, few recognized research results have been obtained. Based on the basic law of push mass movement, this paper studies it from four aspects: (1) the physical concept of surface sand friction angle is summarized, the difference between sediment rest angle and surface sand friction angle is demonstrated by experiments, the variation law of non-uniform sand rest angle with separation coefficient is discussed, and the influence of skewness coefficient and kurtosis coefficient on non-uniform sand friction angle is discussed. In view of the engineering application of non-uniform sand stop angle and surface sand friction angle, some suggestions on the optimal gradation design of non-uniform sand are put forward. 2 according to the sediment starting condition, considering the influence of the turbulent characteristics of flow and the randomness of sediment particle arrangement on sediment starting, the sediment starting condition is not a definite value, but is randomly distributed in an interval by using the sediment rolling starting model. Aiming at the starting probability of sediment, the physical picture of Einstein (1950) sediment starting probability is reexpounded from three angles of area ratio, quantity ratio and time ratio, and a new calculation model of sediment starting probability is deduced, and the rationality of Einstein (1950) starting probability model is demonstrated from three aspects: the distribution of lifting force on water flow, the integral area of starting probability and the force acting on sediment particles. 3 on the basis of improving Engelund (1976) bed load formula, A formula of bed load equilibrium sediment transport rate is deduced. The new formula has the advantages of both deterministic and stochastic research methods, and can give good consideration to the calculation of low intensity sediment transport and high intensity sediment transport. The equilibrium sediment transport test of 382 groups of uniform bed load is carried out, and the performance of several load transfer formulas is tested by using the classical bed load transport rate data and the test data in this paper. the results show that the formula has good applicability. 4 the multi-group coarsening experiments of two kinds of non-uniform sand are carried out, the bed load transport volume in the process of coarsening is recorded in real time, and the gradation and coarsening grade distribution of bed load are measured. The surface morphology of coarsening layer is reconstructed by using the newly developed three-dimensional topographic instrument. The data show that the bed load transport rate and gradation have significantly different characteristics in the process of first coarsening and re-coarsening, and the "secondary coarsening" phenomenon of the sharp increase of sediment transport rate and the thickening of sediment transport gradation exists in the process of coarsening the proportion of coarse particles to the dominant bed sand. Under the erosion of high intensity flow, the coarse layer with the proportion of coarse particles and fine particles is in the shape of sand wave, while the coarse layer with the proportion of coarse and fine particles is in the shape of grooves. Under the condition that the maximum flow rate of bed sediment gradation and ladder scour flow is the same, the total amount of bed load sediment transport, coarsening gradation and bed surface scour depth have nothing to do with the scour model of water flow, that is to say, the results of the above three elements under different stepped flow scour are basically the same.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV142.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳以喜;東江潮汐河口推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的研究[J];泥沙研究;1989年04期

2 周濟(jì)福;推移質(zhì)輸沙量的計(jì)算及其應(yīng)用[J];力學(xué)與實(shí)踐;2000年06期

3 張之湘,惠仕兵,沈煥榮,劉興年,李昌志;寬級(jí)配卵石推移質(zhì)輸移隨機(jī)過程的分維研究[J];泥沙研究;2000年04期

4 韓其為;推移質(zhì)中的幾個(gè)理論問題研究[J];中國(guó)水利;2004年18期

5 張之湘,何文社,聶銳華,楊克君;川江卵石推移質(zhì)輸移的隨機(jī)性[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版);2005年02期

6 白玉川;徐海玨;許棟;Chiu-on NG;;推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程的非線性動(dòng)力學(xué)特性[J];中國(guó)科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué);2006年07期

7 唐立模;王興奎;;推移質(zhì)顆粒平均運(yùn)動(dòng)特性的試驗(yàn)研究[J];水利學(xué)報(bào);2008年08期

8 封光寅;李龍國(guó);朗理民;郭煥林;董道琦;徐新雪;;丹江口水庫庫尾推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)及沖淤變化研究[J];人民黃河;2008年10期

9 韓其為;;三峽水庫推移質(zhì)數(shù)量分析及淤積研究[J];水利水電技術(shù);2009年08期

10 長(zhǎng)江;;“金沙江下游推移質(zhì)沙量調(diào)查與模型試驗(yàn)”驗(yàn)收會(huì)在京召開[J];人民長(zhǎng)江;2009年21期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 ;第5章 推移質(zhì)[A];水利水電工程泥沙設(shè)計(jì)[C];2010年

2 朱鑒遠(yuǎn);;長(zhǎng)江上游床沙變化和卵礫石推移質(zhì)輸移研究[A];水利水電工程泥沙設(shè)計(jì)[C];2010年

3 張緒進(jìn);趙世強(qiáng);;非均勻推移質(zhì)級(jí)配的初步研究[A];中國(guó)航海學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文文摘及學(xué)術(shù)會(huì)議論文目次匯編（1990—1991）[C];1992年

4 劉德春;陳新益;;三峽入庫推移質(zhì)輸沙特性變化及其原因[A];中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水文泥沙專業(yè)委員會(huì)第四屆學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2003年

5 何文社;曹叔尤;戴會(huì)超;袁杰;;推移質(zhì)輸移特性研究[A];中國(guó)水利學(xué)會(huì)首屆青年科技論壇論文集[C];2003年

6 王艷平;張俊華;李書霞;;畛河推移質(zhì)輸沙量預(yù)估計(jì)算[A];第十八屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];2004年

7 李志晶;曹志先;胡鵬;Gareth Pender;;推移質(zhì)飽和與非飽和數(shù)學(xué)模型比較研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

8 張緒進(jìn);陳遠(yuǎn)信;;卵石河槽床沙與推移質(zhì)的交換厚度[A];中國(guó)航海學(xué)會(huì)優(yōu)秀論文文摘及學(xué)術(shù)會(huì)議論文目次匯編（1990—1991）[C];1992年

9 劉同宦;郭煒;范北林;;白鶴灘水電站推移質(zhì)輸移水槽試驗(yàn)研究[A];中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水文泥沙專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2007年

10 朱鑒遠(yuǎn);;推懸比估算[A];水文泥沙研究新進(jìn)展——中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水文泥沙專業(yè)委員會(huì)第八屆學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 孟震;推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律研究[D];清華大學(xué);2015年

2 張之湘;卵石推移質(zhì)輸移隨機(jī)性研究[D];四川大學(xué);2005年

3 王玉海;波或流作用下高強(qiáng)度非粘性推移質(zhì)輸運(yùn)規(guī)律研究[D];南京水利科學(xué)研究院;2006年

4 馬宏博;推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)力學(xué)理論[D];清華大學(xué);2014年

5 劉興年;沙卵石推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)及模擬研究[D];四川大學(xué);2004年

6 范念念;從單顆粒受力到群體運(yùn)動(dòng)特征的推移質(zhì)研究[D];清華大學(xué);2014年

7 余國(guó)安;河床結(jié)構(gòu)對(duì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)及下切河流影響的試驗(yàn)研究[D];清華大學(xué);2009年

8 胡鵬;沖積河流多重時(shí)間尺度理論與數(shù)學(xué)模擬研究[D];武漢大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王大志;長(zhǎng)江口非均勻推移質(zhì)輸移及其數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2002年

2 季飛;長(zhǎng)江感潮河段推移質(zhì)輸沙初析[D];河海大學(xué);2007年

3 顏雪麗;推移質(zhì)動(dòng)床模擬模型沙研究[D];重慶交通大學(xué);2012年

4 沈穎;滾動(dòng)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律[D];天津大學(xué);2014年

5 惠曉曉;金沙江下游干支流推移質(zhì)輸移特性與估算方法研究[D];長(zhǎng)江科學(xué)院;2010年

6 陳有華;推移質(zhì)泥沙運(yùn)動(dòng)理論模型及運(yùn)動(dòng)過程計(jì)算[D];天津大學(xué);2009年

7 邵凱;渾水中非均勻推移質(zhì)輸移研究[D];浙江大學(xué);2010年

8 范中海;川江推移質(zhì)計(jì)算方法比選與防沙安全設(shè)計(jì)[D];四川大學(xué);2005年

9 王愈;山區(qū)河流卵石推移質(zhì)強(qiáng)沖刷輸移特性試驗(yàn)研究[D];長(zhǎng)江科學(xué)院;2009年

10 劉明瀟;顆粒非均勻度對(duì)推移質(zhì)輸移的影響[D];華北水利水電大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：2500931