【摘要】：自然界中山洪,海嘯、風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害的發(fā)生,一般都會伴隨著劇烈的泥沙運動,其災(zāi)害過后會產(chǎn)生大量的泥沙淤積甚至沖刷,對人類的生命財產(chǎn)安全造成重大損失。而且這類水流的非恒定性很強,同時在天然河流、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動,而非恒定流條件下的泥沙運動研究要滯后許多,并且要比恒定流更加復(fù)雜。因此,有必要對非恒定流條件下的均勻沙與非均勻沙運動開展研究,在一帶一路、海洋強國戰(zhàn)略的大背景下,泥沙運動理論的研究對海岸工程基礎(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,首先對非恒定流的動力學(xué)特性進行分析,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,同時結(jié)合水槽實驗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機理研究基礎(chǔ)上,從動力學(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)項來表征非恒定流條件下對泥沙顆粒產(chǎn)生的慣性力,采用Morison方程中對慣性力的計算方法,引入到泥沙顆粒的切向運動方程和法向運動方程中,進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運動方程,分析泥沙顆粒運動的動力學(xué)特性,推導(dǎo)非恒定流作用下的起動流速與運動步長的解析解,深度刻畫非恒定流作用下的推移質(zhì)顆粒的起動速度和運動步長與速度偏度,粒徑和暴露度之間的關(guān)系。當加速流與泥沙運動方向相同時,泥沙顆粒更易起動,運動距離更遠;反之,則相反�；诓魉墼炝飨到y(tǒng),對非恒定流作用下的推移質(zhì)起動和輸移機理開展實驗研究。實驗采用平底輸沙,輸沙段后方放置集沙盒以測量輸移量,利用流速儀測量近床面流速,水位計采集輸沙過程的水位變化,并在實驗區(qū)布置高清攝像頭,觀察床面泥沙的起動和輸移過程。對于非恒定流的產(chǎn)生,通過五種不同的流量-時間梯級曲線造流文件產(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動過程,將不同粒徑的泥沙顆粒進行染色,并以等質(zhì)量1:1:1進行配比,得到四種非均勻沙。通過將集沙盒內(nèi)的泥沙進行烘干,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,對五種均勻沙和四種非均勻沙的推移質(zhì)運動過程及結(jié)果進行記錄分析,并對比前人成果,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)換成相同時間下的恒定流流速后,其輸沙率明顯小于非恒定流,同時輸沙強度同水流強度參數(shù)、非恒定參數(shù)呈現(xiàn)良好的對數(shù)關(guān)系。同時,通過對非均勻沙的最終輸沙結(jié)果進行粒徑篩分,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。
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１．１研究背景、目的及意義逡逑隨著我國“海洋強國”和“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，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)等均將成為重點建設(shè)項目。與此同時，在工程建設(shè)和運營中，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，如何運用泥逡逑沙相關(guān)理論細致深入地分析并解決各種泥沙問題顯得尤為必要和亟需。逡逑流體的運動多是以非恒定流的狀態(tài)呈現(xiàn)，，強烈的水流運動會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、臺風(fēng)等自然災(zāi)害的發(fā)生，一般都會伴隨著逡逑劇烈的泥沙運動，其災(zāi)害過后會產(chǎn)生大量的泥沙淤積甚至沖刷，對人民的生命財逡逑產(chǎn)造成重大損失。如圖丨．丨所示，臺風(fēng)、山洪等引發(fā)水流的非恒定運動，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)，使得對這種非恒定流引發(fā)的泥沙運逡逑動機理的研宄顯得尤為必要。逡逑

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

本文編號：2668061