【摘要】：自然界中山洪,海嘯、風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害的發(fā)生,一般都會(huì)伴隨著劇烈的泥沙運(yùn)動(dòng),其災(zāi)害過后會(huì)產(chǎn)生大量的泥沙淤積甚至沖刷,對(duì)人類的生命財(cái)產(chǎn)安全造成重大損失。而且這類水流的非恒定性很強(qiáng),同時(shí)在天然河流、海洋中多為非均勻沙,目前的理論研究多集中在恒定流條件下的均勻沙與非均勻沙運(yùn)動(dòng),而非恒定流條件下的泥沙運(yùn)動(dòng)研究要滯后許多,并且要比恒定流更加復(fù)雜。因此,有必要對(duì)非恒定流條件下的均勻沙與非均勻沙運(yùn)動(dòng)開展研究,在一帶一路、海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的大背景下,泥沙運(yùn)動(dòng)理論的研究對(duì)海岸工程基礎(chǔ)理論的完善,港口、海岸、水利等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)開發(fā)具有重要的意義。理論研究方面,首先對(duì)非恒定流的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析,基于Saint-Venant方程,求解非恒定流傳播過程中的床面剪切應(yīng)力和摩阻流速,分析傳播過程中的水流結(jié)構(gòu)及其各水動(dòng)力要素如非恒定參數(shù)、摩阻流速、床面剪切應(yīng)力等因素的相互作用關(guān)系,同時(shí)結(jié)合水槽實(shí)驗(yàn)研究非恒定流的傳播速度、流量和水深的滯后變化規(guī)律。其次,在推移質(zhì)理論研究方面,在恒定流作用下均勻沙起動(dòng)機(jī)理研究基礎(chǔ)上,從動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā),基于泥沙顆粒受力模型,通過加入非恒定流特征參數(shù)項(xiàng)來表征非恒定流條件下對(duì)泥沙顆粒產(chǎn)生的慣性力,采用Morison方程中對(duì)慣性力的計(jì)算方法,引入到泥沙顆粒的切向運(yùn)動(dòng)方程和法向運(yùn)動(dòng)方程中,進(jìn)而分別建立非恒定流條件下的均勻沙與非均勻沙顆粒滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程,分析泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性,推導(dǎo)非恒定流作用下的起動(dòng)流速與運(yùn)動(dòng)步長的解析解,深度刻畫非恒定流作用下的推移質(zhì)顆粒的起動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)步長與速度偏度,粒徑和暴露度之間的關(guān)系。當(dāng)加速流與泥沙運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí),泥沙顆粒更易起動(dòng),運(yùn)動(dòng)距離更遠(yuǎn);反之,則相反�；诓魉墼炝飨到y(tǒng),對(duì)非恒定流作用下的推移質(zhì)起動(dòng)和輸移機(jī)理開展實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)采用平底輸沙,輸沙段后方放置集沙盒以測(cè)量輸移量,利用流速儀測(cè)量近床面流速,水位計(jì)采集輸沙過程的水位變化,并在實(shí)驗(yàn)區(qū)布置高清攝像頭,觀察床面泥沙的起動(dòng)和輸移過程。對(duì)于非恒定流的產(chǎn)生,通過五種不同的流量-時(shí)間梯級(jí)曲線造流文件產(chǎn)生五種不同速度偏度的非恒定流。為了便于區(qū)分非均勻沙中不同粒徑的泥沙運(yùn)動(dòng)過程,將不同粒徑的泥沙顆粒進(jìn)行染色,并以等質(zhì)量1:1:1進(jìn)行配比,得到四種非均勻沙。通過將集沙盒內(nèi)的泥沙進(jìn)行烘干,稱重,得到不同情況下的推移質(zhì)泥沙輸沙率。根據(jù)得到的結(jié)果,對(duì)五種均勻沙和四種非均勻沙的推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程及結(jié)果進(jìn)行記錄分析,并對(duì)比前人成果,探求非恒定流作用下的均勻沙與非均勻沙輸沙率公式,分析了速度偏度、粒徑對(duì)輸沙率的影響,發(fā)現(xiàn)通過數(shù)值積分將非恒定流轉(zhuǎn)換成相同時(shí)間下的恒定流流速后,其輸沙率明顯小于非恒定流,同時(shí)輸沙強(qiáng)度同水流強(qiáng)度參數(shù)、非恒定參數(shù)呈現(xiàn)良好的對(duì)數(shù)關(guān)系。同時(shí),通過對(duì)非均勻沙的最終輸沙結(jié)果進(jìn)行粒徑篩分,分析非均勻沙的分組粒徑輸沙規(guī)律,發(fā)現(xiàn)非均勻沙的代表粒徑并不能采用單一的床面粒徑,隨著泥沙分布的不同,代表粒徑在發(fā)生變化。
【圖文】：

１．１研究背景、目的及意義逡逑隨著我國“海洋強(qiáng)國”和“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，掀起了世界性的沿海地逡逑區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資熱潮。而在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，港口、航道、海岸工程建設(shè)、逡逑海岸帶開發(fā)等均將成為重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。與此同時(shí)，在工程建設(shè)和運(yùn)營中，不可避逡逑免的遇到海岸侵蝕、航道沖游、建筑物局部沖刷等一系列泥沙問題，如何運(yùn)用泥逡逑沙相關(guān)理論細(xì)致深入地分析并解決各種泥沙問題顯得尤為必要和亟需。逡逑流體的運(yùn)動(dòng)多是以非恒定流的狀態(tài)呈現(xiàn)，，強(qiáng)烈的水流運(yùn)動(dòng)會(huì)攜帶大量的泥沙逡逑導(dǎo)致自然災(zāi)害的發(fā)生，如山洪，海嘯、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的發(fā)生，一般都會(huì)伴隨著逡逑劇烈的泥沙運(yùn)動(dòng)，其災(zāi)害過后會(huì)產(chǎn)生大量的泥沙淤積甚至沖刷，對(duì)人民的生命財(cái)逡逑產(chǎn)造成重大損失。如圖丨．丨所示，臺(tái)風(fēng)、山洪等引發(fā)水流的非恒定運(yùn)動(dòng)，淹沒農(nóng)逡逑田及房屋，導(dǎo)致大量的泥沙在建筑物周圍堆積或者沖刷，從而伴隨有次生災(zāi)害產(chǎn)逡逑生的可能，尤其是近些年來自然災(zāi)害的頻發(fā)，使得對(duì)這種非恒定流引發(fā)的泥沙運(yùn)逡逑動(dòng)機(jī)理的研宄顯得尤為必要。逡逑

逡逑同時(shí)，在海嘯發(fā)生的過程中，也會(huì)導(dǎo)致大量的泥沙運(yùn)動(dòng)，如圖１．２所示，不逡逑同于一般的水流運(yùn)動(dòng)，這類水流的非恒定性很強(qiáng)，伴隨有強(qiáng)加速和強(qiáng)減

本文編號(hào)：2668061