卵砾石几何形状对起动的影响研究

论文摘要

山区河流形态多变,坡陡流急,泥沙运动以卵砾石推移质为主,水沙运动规律较为复杂。泥沙起动是河流动力学及河床演变学中的基础性问题,迄今为止,国内外学者所提出的无粘性颗粒起动公式已有100个左右,但考虑泥沙颗粒几何形状对起动影响的研究成果鲜见。所以开展几何形状对卵砾石起动规律的影响研究,具有十分重要的理论意义。本论文收集了长江重庆河段九龙滩处的实测卵砾石资料,根据目前描述颗粒形状相关参数的不足之处,提出了一种新的描述颗粒形状参数——椭球体饱满度Π,并分析实测卵砾石Π的分布情况和分布函数。影响粗颗粒泥沙起动的关键因素除了水深H,流速V、比降J和河床糙率n这四个因素外,还与颗粒几何形状有关。据此展开几何形状对起动影响情况的理论和试验分析,总结其规律性。试验过程中发现,在颗粒质量和颗粒形状双重因素的作用下,两种模型沙均呈现出标准颗粒起动所需临界单宽无量纲起动流量数q *值最大,条形颗粒次之,近似颗粒最小的现象,随后采用单因素分析方法,通过引入椭球体饱满度,将起动颗粒质量转换到近似相等的层面上,得出能够反映颗粒几何形状影响的起动功率和流速公式。最后,分析了天然砾石和煤颗粒在起动方面的相关关系,发现这两种不同材质沙样在起动方面差异较小,试验中可以利用煤颗粒代替天然沙,但必须注意到两种之间的误差值随着形状系数S.F.的增大呈现出增大的趋势,在试验数据处理时,应该根据所建立的转换关系式对煤颗粒试验数据进行修正,确保试验用沙能够反映出天然沙的特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 论文研究的背景
• 1.3 泥沙几何特性研究现状
• 1.3.1 泥沙颗粒形状特性研究现状
• 1.3.2 泥沙颗粒大小特性研究现状
• 1.3.3 泥沙颗粒组成特性研究现状
• 1.4 泥沙起动研究现状
• 1.4.1 均匀沙起动研究现状
• 1.4.2 粗颗粒泥沙起动研究现状
• 1.4.3 几何特性对泥沙起动影响研究现状
• 1.5 模型沙的研究现状
• 1.6 研究内容及技术路线
• 1.6.1 资料收集
• 1.6.2 分析方法
• 1.6.3 技术路线
• 第二章 卵砾石颗粒椭球体饱满度特性分析
• 2.1 概述
• 2.2 饱满度的定义及量测方法
• 2.2.1 问题的提出
• 2.2.2 定义
• 2.2.3 量测方法
• 2.3 试验样品的选取
• 2.4 椭球体饱满度特性分析
• 2.4.1 样品П值分布情况
• 2.4.2 样品П值的分布函数
• 2.5 小结
• 第三章 卵砾石起动理论分析
• 3.1 概述
• 3.2 泥沙起动机理
• 3.3 泥沙起动判别标准
• 3.3.1 细颗粒泥沙的起动标准
• 3.3.2 卵砾石泥沙起动标准
• 3.3.3 试验起动标准的确定
• 3.4 起动公式理论分析
• 3.4.1 无黏性均匀沙起动拖曳力
• 3.4.2 均匀沙起动流速公式
• 3.4.3 均匀沙起动功率公式
• 3.5 小结
• 第四章 试验方案布置
• 4.1 试验装置
• 4.1.1 概化水槽介绍
• 4.1.2 流量测量系统
• 4.1.3 水位测量系统
• 4.2 试验水流特征值的确定和试验沙的选取
• 4.2.1 流量
• 4.2.2 水深及宽深比
• 4.2.3 试验沙的选取
• 4.3 试验水槽设计
• 4.3.1 模型布置
• 4.3.2 试验步骤
• 4.4 小结
• 第五章 试验结果分析
• 5.1 试验数据整理
• 5.2 公式理论分析
• 5.3 砾石颗粒几何形状对起动的影响研究
• 5.3.1 对起动功率公式的影响
• 5.3.2 对起动流速公式的影响
• 5.4 煤颗粒几何形状对起动的影响研究
• 5.4.1 对起动功率公式的影响
• 5.4.2 对起动流速公式的影响
• 5.5 砾石颗粒与煤颗粒关系研究
• 5.5.1 起动功率方面的关系
• 5.5.2 起动流速方面的关系
• 5.5.3 模型沙的选择和运用
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果