【摘要】：泥沙的沖刷和淤積對水資源的合理開發(fā)利用具有舉足輕重的作用。近幾十年來,社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)騰飛,但人類活動(dòng)也強(qiáng)烈影響著河流輸沙量的變化和海岸線的進(jìn)退,泥沙促淤愈來愈演變成為水利及海洋工程中一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。柔性透水促淤浮簾是一種新型底沙截留的促淤裝置,簾體下端通過纜繩固定于床面并與其保持一定距離,上端自由漂浮在水中,在水流作用下向下游傾斜一定角度,簾后產(chǎn)生由橫軸渦體構(gòu)成的一個(gè)低流速回流區(qū),落入該低速區(qū)的來沙將淤積下來,形成一個(gè)淤積體,從而達(dá)到促淤防沖的效果。促淤浮簾的存在不但增加水流能耗,同時(shí)具有促淤效果良好、滯洪小、易拆裝等優(yōu)點(diǎn)。本文分別開展了定床和動(dòng)床水槽實(shí)驗(yàn),對浮簾群阻力特性和促淤量進(jìn)行定量探索,進(jìn)一步證明該裝置的促淤效果,并探明浮簾群各項(xiàng)阻力系數(shù)的計(jì)算方法和最佳使用水力條件,為浮簾群的施工安裝工藝提供參考。本次實(shí)驗(yàn)由定床實(shí)驗(yàn)和動(dòng)床實(shí)驗(yàn)組成,其中,定床實(shí)驗(yàn)共計(jì)92組工況,主要測量了含群體浮簾水流的水面線和流速垂向分布。實(shí)驗(yàn)表明,浮簾高度和浮簾間距是水面線變化的主要影響因素;而相鄰浮簾之間水流流速的垂向分布在浮簾影響高度內(nèi)呈現(xiàn)先減小后增加的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”現(xiàn)象。本文通過觀測水流水面線獲得水力坡降,對浮簾拖曳力系數(shù)C_D、曼寧糙率n和達(dá)西韋斯巴赫阻力系數(shù)f開展了研究。實(shí)驗(yàn)表明,含浮簾群明渠水流的絕大部分阻力由浮簾群產(chǎn)生,和浮簾及浮簾與水流間的相互作用有關(guān);浮簾群布置間距存在臨界間距,此時(shí)浮簾間的相互干擾作用幾乎消失,每個(gè)浮簾后方存在充分發(fā)展的回流區(qū)漩渦,浮簾群整體消能作用最大�；诶碚摲治鼋Y(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探明了拖曳力系數(shù)C_D在不同水流條件下變化較小,取值范圍聚集在1.60~2.05;曼寧糙率n主要與浮簾相對高度及分布密度有關(guān),提出了修正的密度方法計(jì)算公式;達(dá)西韋斯巴赫阻力系數(shù)f則主要由浮簾相對高度、分布密度及浮簾雷諾數(shù)確定,對此提出了達(dá)西韋斯巴赫阻力系數(shù)f的計(jì)算公式。在動(dòng)床條件下本次共開展了8組實(shí)驗(yàn),分別探討了流量、水深、浮簾高度、浮簾間距四個(gè)因素對群體浮簾促淤量的影響。每組實(shí)驗(yàn)時(shí)長12小時(shí),間隔2小時(shí)進(jìn)行一次床面高程測量,由此獲得了群體浮簾促淤量隨時(shí)間的變化過程以及內(nèi)部、外部浮簾促淤量的差異。實(shí)驗(yàn)表明:群體浮簾具有良好的促淤效果,簾后淤積體的尺度、形態(tài)與浮簾相對高度/、浮簾間距有關(guān)。最后,提出了簾后促淤量平均值和最大值的計(jì)算公式。研究表明,為取得促淤浮簾最大的經(jīng)濟(jì)效益和最佳促淤效果,群體浮簾施工前需要選定出合適的浮簾高度和最佳布置間距。
【圖文】：

墻式斜坡堤的東突堤，臺灣基隆港八尺門港區(qū)的兩處防坡堤，都曾經(jīng)發(fā)生過破壞事故。此外，2011年�？谟^海臺西海岸防波堤共有長達(dá)兩百米出現(xiàn)傾斜或坍塌現(xiàn)象，鐘樓附近約一百米嚴(yán)重坍塌，這些都因沖刷造成。圖1-1即為事故現(xiàn)場照片。Gomyoh實(shí)地調(diào)查了日本16個(gè)港口總計(jì)27處受損混合堤，發(fā)現(xiàn)堤腳沖刷引起的消浪塊沉陷是其主要損壞形態(tài)之一[7]；Shigeo Takahashi針對1980-2000二十年間日本復(fù)合混合堤的損壞情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，顯示防坡堤的侵蝕主要有兩個(gè)方面：一是大規(guī)模的海底沖刷造成地基沉降，二是前趾區(qū)域被水流淘刷損壞造成建筑物失穩(wěn)，圖1-2[8]顯示了防波堤遭受前趾沖刷侵蝕。我國以邱大洪為首的科學(xué)家們也對防波堤的破壞展開了深入研究，系統(tǒng)總結(jié)了防波堤破壞的四個(gè)主要原因，其中之一即是海床、基床與堤腳沖刷帶來的地基失穩(wěn)[5]。圖1-1 �？谟^海臺防波堤坍塌 圖1-2 防波堤前趾沖刷示意圖Fig1-1 The collapse of breakwater in Haikou Fig1-2 Erosion in the toe of breakwater海底存在大量管纜，沖刷掏空將威脅其安全，需要促淤以保護(hù)其安全。社會發(fā)展離不開資源的開發(fā)利用，隨著陸地資源逐步趨于枯竭，，人們將眼光投向了深海大洋。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)

本復(fù)合混合堤的損壞情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，顯示防坡堤的侵蝕主要有兩個(gè)方面：一是大規(guī)模的海底沖刷造成地基沉降，二是前趾區(qū)域被水流淘刷損壞造成建筑物失穩(wěn)，圖1-2[8]顯示了防波堤遭受前趾沖刷侵蝕。我國以邱大洪為首的科學(xué)家們也對防波堤的破壞展開了深入研究，系統(tǒng)總結(jié)了防波堤破壞的四個(gè)主要原因，其中之一即是海床、基床與堤腳沖刷帶來的地基失穩(wěn)[5]。圖1-1 �？谟^海臺防波堤坍塌 圖1-2 防波堤前趾沖刷示意圖Fig1-1 The collapse of breakwater in Haikou Fig1-2 Erosion in the toe of breakwater海底存在大量管纜，沖刷掏空將威脅其安全，需要促淤以保護(hù)其安全。社會發(fā)展離不開資源的開發(fā)利用，隨著陸地資源逐步趨于枯竭，人們將眼光投向了深海大洋。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，海底石油儲量占全球總儲存量的45%，天然氣更是達(dá)到50%，海底油氣開發(fā)具有很大的潛力和十分重要的戰(zhàn)略意義。目前海上油氣田開發(fā)主要通過海底管道進(jìn)行持續(xù)性輸送。按輸送物可分為輸油管道、輸氣管道、輸水管道和油氣混輸管道，這是目前效率最高，輸送能力最大，也最安全快捷、經(jīng)濟(jì)可靠的海上資源運(yùn)輸方式。但海底結(jié)構(gòu)物的存在可能會造成強(qiáng)化水流或高速漩渦
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV149

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本文編號：2621228