河灣坡岸無粘性均勻沙起動(dòng)機(jī)理及防護(hù)研究.pdf

1、河灣在自然界中分布廣泛，河灣坡岸的泥沙運(yùn)動(dòng)對(duì)防洪、航運(yùn)和河流生態(tài)等方面有重要影響。本文通過理論分析和模型驗(yàn)證，對(duì)河灣坡岸均勻沙的起動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了研究，取得了以下主要研究成果： (1)建立了河灣河床和坡岸任意位置的水面橫比降、水面縱比降、水面超高和自由水面高程的計(jì)算表達(dá)式；討論了河灣縱向流速的垂線分布規(guī)律，闡述了河灣環(huán)流的形成機(jī)理，推導(dǎo)了河灣河床和坡岸縱向流速的沿程分布公式和橫向環(huán)流的沿水深分布公式，采用試驗(yàn)資料對(duì)公式的合理性和可行

2、性進(jìn)行了驗(yàn)證，計(jì)算值與試驗(yàn)值總體吻合：從三維紊動(dòng)流速的概率分布、紊動(dòng)強(qiáng)度和紊動(dòng)切應(yīng)力的垂線分布等方面分析了河灣水流紊動(dòng)特性，得出了紊動(dòng)特性的某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 (2)闡述了河灣坡岸均勻沙的起動(dòng)機(jī)理，分析了均勻沙的暴露度、起動(dòng)受力情況和起動(dòng)模式，討論了本文利用滑動(dòng)平衡模式建立起動(dòng)流速公式的理論依據(jù)，利用滑動(dòng)平衡模式分別建立了順直河道床面和坡岸、河灣床面和坡岸均勻沙起動(dòng)流速公式，并采用實(shí)測資料對(duì)所建立公式的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果較為理想

3、。 (3)借助模糊數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)得出了考慮水流紊動(dòng)影響和起動(dòng)水平時(shí)的均勻沙起動(dòng)流速公式，確立了基于滑動(dòng)平衡模式所建立的起動(dòng)流速公式中水流紊動(dòng)參數(shù)七的取值，探討了均勻沙起動(dòng)流速隨起動(dòng)水平的變化情況。 (4)統(tǒng)一了用確定性方法和隨機(jī)性方法所建立的順直河道床面和坡岸、河灣床面和坡岸的均勻沙起動(dòng)流速公式：通過理論推導(dǎo)分別建立了基于剪切力和水流功率的均勻沙起動(dòng)臨界條件，并對(duì)基于起動(dòng)流速、剪切力和水流功率所建立的均勻沙起動(dòng)臨界條件進(jìn)

4、行了統(tǒng)一，得出了它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。 (5)討論了均勻沙的起動(dòng)規(guī)律，提出了起動(dòng)核和起動(dòng)帶的概念，推導(dǎo)了河灣床面和坡岸相對(duì)剪切力的計(jì)算公式，得到了河灣各位置與進(jìn)口斷面的均勻沙起動(dòng)流速之間的關(guān)系，繪制了河灣床面和坡岸的均勻沙相對(duì)起動(dòng)流速等值線圖。 (6)基于試驗(yàn)結(jié)果解釋了河灣坡岸的侵蝕機(jī)理，討論了河灣坡岸橫向沖刷寬度和縱向沖刷深度，以及孔隙水壓力、靜水總壓力、滲透動(dòng)水壓力和河灣坡岸穩(wěn)定性安全系數(shù)的計(jì)算方法，總結(jié)歸納了河灣