河床粗化過程中,床面表層泥沙顆粒的相對(duì)位置隨機(jī)變化,對(duì)于非均勻沙輸移特性的研究較為困難,已有研究大多采用試驗(yàn)方法.為了定量描述河床粗化過程中泥沙顆粒間的相對(duì)位置關(guān)系,首先提出非均勻沙暴露角θ_i的概念,并建立暴露角θ_i與隱蔽度Δ_i及非均勻系數(shù)σ_g的關(guān)系式,得到了非均勻沙起動(dòng)過程中的力臂計(jì)算公式;在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用概率分析法,從理論上推導(dǎo)出河床粗化過程中床面泥沙的可懸及可滾概率,進(jìn)而得到了基于起動(dòng)概率的清水沖刷后河床粗化層級(jí)配的計(jì)算方法,該方法也能用于預(yù)測(cè)泥沙輸移過程中的推移質(zhì)級(jí)配;最后采用搜集到的寬級(jí)配非均勻沙清水沖刷水槽試驗(yàn)資料對(duì)本文提出的計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)資料符合較好.因此本文提出的河床粗化層級(jí)配計(jì)算方法,可為天然河流中沙質(zhì)河床或卵石夾沙河床粗化機(jī)理研究提供依據(jù). 

【文章來源】：應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2020,28(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

非均勻沙隱蔽度及暴露角示意

非均勻沙起滾、起懸示意

首先采用四川大學(xué)何文社的清水沖刷水槽試驗(yàn)資料[21]，對(duì)本文公式進(jìn)行驗(yàn)證．該試驗(yàn)水槽長(zhǎng)16m、寬0.3m、高0.4m，變坡范圍0～2%，試驗(yàn)段長(zhǎng)12.8m，鋪沙厚度為5cm．試驗(yàn)過程中，床沙處于部分可動(dòng)狀態(tài)，流量穩(wěn)定并形成均勻流時(shí)開始全過程計(jì)時(shí)接沙，每次接沙5min，直至粗化層形成，并在預(yù)定斷面進(jìn)行取樣．沖刷試驗(yàn)完成后，實(shí)測(cè)粗化層級(jí)配為河床表層可見的泥沙顆粒級(jí)配．粗化后計(jì)算與實(shí)測(cè)的床沙級(jí)配，如圖3所示．實(shí)測(cè)資料中，Run5～Run8試驗(yàn)組為人工配沙(天然沙)．此外，在Run8D試驗(yàn)組測(cè)得表層加次表層、表層加床沙及試驗(yàn)?zāi)┠嗌臣?jí)配，并與初始床沙級(jí)配進(jìn)行了對(duì)比;發(fā)現(xiàn)沖刷粗化后的4種泥沙顆粒級(jí)配粗化程度區(qū)別較大，其中實(shí)測(cè)粗化層(表層泥沙)粗化程度最為明顯．由圖3可知，Run5C～Run8D試驗(yàn)組床沙粗化前后表層床沙平均粒徑明顯變粗，床沙級(jí)配粒徑范圍趨窄．為了更直觀的反映本文公式的計(jì)算精度，選用泥沙特征參數(shù)———幾何均方差σg(非均勻系數(shù))及床沙代表粒徑d50t[26]進(jìn)行討論．由圖3及表1可以看出，幾何均方差σg及床沙代表粒徑d50t計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差較小，除個(gè)別點(diǎn)外，本文粗化層級(jí)配計(jì)算值與水槽沖刷試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果符合較好，能較好地預(yù)報(bào)床沙粗化后的級(jí)配．所以在研究清水沖刷河床粗化級(jí)配時(shí)，考慮細(xì)顆粒泥沙起懸及非均勻泥沙顆粒間的隱蔽及暴露作用對(duì)泥沙輸移的影響是必要的．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3300177