【摘要】：推移質(zhì)運動是自然界泥沙運動的重要組成部分，也是山區(qū)河流河床演變、山洪與潰壩洪水輸沙過程的重要環(huán)節(jié)。以預(yù)測推移質(zhì)輸沙率均值為目標(biāo)建立起來的傳統(tǒng)推移質(zhì)輸沙公式缺乏推移質(zhì)運動的細節(jié)，難以解釋推移質(zhì)運動的大幅漲落。新興力學(xué)模型如宏觀兩相流守恒方程、介觀動理學(xué)模型和微觀單顆粒受力模型，也存在諸多苛刻假設(shè)，廣泛適用性受到限制。 本文從離散顆粒隨機模型出發(fā)，，考慮顆粒運動的離散性和隨機性，同時以顆粒體系為研究對象，發(fā)展出既能夠描述顆粒運動尺度特征又能跨越多個時間和空間尺度的隨機模型。結(jié)合單顆粒受力方程，給出適用于多個空間尺度的推移質(zhì)隨機力學(xué)模型。論文工作的創(chuàng)新性成果如下： (1)利用離散顆粒隨機模型給出推移質(zhì)通量停時的概率密度分布函數(shù)的解析解，并通過室內(nèi)實驗對推移質(zhì)通量停時分布進行驗證。理論和實驗均表明，推移質(zhì)通量停時分布在輸沙強度較低時為雙隆起型，表明推移質(zhì)運動中存在著由快慢兩種機制決定的時間尺度分離現(xiàn)象，且輸沙率增加時兩個尺度上的運動發(fā)生了融合。Einstein理論預(yù)測的“通量停時為指數(shù)分布”僅在高輸沙率時存在； (2)理論推導(dǎo)得到了以時間平均法定義推移質(zhì)顆粒通量概率密度分布(PDF)的理論形式，表達了顆粒通量在各個時間尺度的運動特征。雖然PDF的解析解尚難獲得，但本文得到了其方差的解析解。理論和實驗結(jié)果顯示，推移質(zhì)通量脈動在時間尺度上具有三模式性，即不同模式下其通量脈動隨尺度變化的特征是不同的，并給出了初步的物理解釋；三模式性對推移質(zhì)運動的實驗測量、理論建模和數(shù)值模擬的構(gòu)建提供了一些可以參考的原則。 (3)為得到推移質(zhì)運動的空間特征，建立了離散顆粒隨機模型的多視窗模式，實現(xiàn)了對推移運動顆粒數(shù)量的跨空間尺度的統(tǒng)計特征描述。顆�；顒有缘臐q落在空間尺度上也三模式性，空間漲落和時間漲落之間的關(guān)系需要進一步研究。 (4)將離散顆粒隨機模型與單顆粒受力方程進行耦合，對滾動為主的推移質(zhì)通量的空間變化特征進行全面的描述。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV142.2

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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

本文編號：2521391