波浪作用下底泥特性及其質(zhì)量輸移研究.pdf

1、河口海岸黏性泥沙的流變特性、運(yùn)動特性及其與波浪之間的相互作用對于預(yù)測和解決岸灘沖刷、淤積以及岸線變形起重要作用，因而具有重要的研究價(jià)值和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本論文將天津大港黏性粉沙質(zhì)淤泥作為研究對象，通過試驗(yàn)和理論研究，系統(tǒng)的探索黏性泥沙的流變特性和運(yùn)動規(guī)律。此外，本論文就波浪與底泥之間的相互作用建立兩層數(shù)學(xué)模型，對冪律流底泥的質(zhì)量輸移速度進(jìn)行了理論研究。
　　為了解黏性泥沙的流變特性，對不同密度的泥樣進(jìn)行靜態(tài)流變試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，

2、討論不同密度黏性泥流的剪切應(yīng)力隨剪切率的變化關(guān)系;分別采用冪律流模型和Bingham塑性體模型對流變曲線進(jìn)行擬合，得到不同密度黏性泥流對應(yīng)的流變參數(shù)，繼而分析流變參數(shù)與密度之間的關(guān)系。此外，為了解細(xì)顆粒泥沙的絮凝特性，對四組不同濃度的泥漿進(jìn)行靜水沉降試驗(yàn)，觀察黏性泥沙沉降過程，并討論黏性泥沙濃度對靜水沉降速度的影響。
　　為了了解波浪作用下黏性泥沙的起動規(guī)律，配置不同密度黏性泥流，進(jìn)行表面波浪作用下的黏性泥沙起動試驗(yàn)。記錄黏性泥沙

3、起動時的臨界波高，繼而計(jì)算不同密度黏性泥沙的臨界起動速度和臨界起動切應(yīng)力;分別分析黏性泥沙的臨界起動速度和臨界起動切應(yīng)力與黏性泥沙密度之間的關(guān)系，并擬合它們之間的關(guān)系式，結(jié)果證明波浪作用下黏性泥沙的起動規(guī)律符合延伸希爾茲曲線。結(jié)合流變試驗(yàn)結(jié)果，建立臨界起動切應(yīng)力與賓漢屈服應(yīng)力之間的關(guān)系。此外，將起動試驗(yàn)得到的臨界起動切應(yīng)力與文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本一致。
　　為了研究波浪作用下底泥的質(zhì)量輸移速度，本文基于Euler坐

4、標(biāo)系統(tǒng)，建立波浪與底泥相互作用的兩層理論模型:假設(shè)上層為水體，下層底泥由冪律流模型描述;波浪運(yùn)動由作用在自由水表面上的周期性壓力荷載驅(qū)動。基于淺水波和小變形假設(shè)，采用一種攝動分析法將問題展開到二階，以便得到平均Euler速度。對于得到的一階和二階問題，分別通過數(shù)值迭代法和改進(jìn)的五對角追趕法進(jìn)行求解。根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，分析下層冪律流流動指數(shù)對二維流場、界面波高以及底泥質(zhì)量輸移速度的影響。此外，當(dāng)自由水表面周期性壓力發(fā)生改變時，分析二維流場