天然河流水流会挟带大量泥沙,这种泥沙运动会影响水流结构和河床,因此研究泥沙起动概率问题对于山洪治理、水力发电以及水库淤积等具有重要意义。采用滚动或者滑动的运动模式,结合泥沙颗粒水流推移力、水流上举力和泥沙自身的重力与泥...天然河流水流会挟带大量泥沙,这种泥沙运动会影响水流结构和河床,因此研究泥沙起动概率问题对于山洪治理、水力发电以及水库淤积等具有重要意义。采用滚动或者滑动的运动模式,结合泥沙颗粒水流推移力、水流上举力和泥沙自身的重力与泥沙颗粒水下休止角之间的关系,泥沙颗粒起动时,其水平方向的推移力必须大于阻力,根据受力平衡关系式得到了泥沙颗粒起动概率积分表达式,该表达式充分揭示了泥沙颗粒的受力图景,弥补了以往起动概率公式忽略水流推移力的不足。本文建立的起动概率公式有5个参数需要确定,通过无量纲粒径参数结合试验资料,求出了起动概率公式中的水下休止角正切值变量;利用粗糙床面水流流速和紊动分布试验数据,确定了近床面的时均流速和水流方向的紊动强度;利用均匀沙起动资料结合比例法确定了水流推移力系数和水流上举力系数,以及Luque的7组实测资料和Guy的108组试验资料对本文泥沙颗粒起动概率公式进行了验证,并与爱因斯坦公式、Engelund and Fredsoe公式以及程年生等计算公式进行了比较。结果显示:研究得到的起动概率公式具有最高的计算精度。对于临界状态的泥沙颗粒,本文起动概率倾向于弱动的起动模式,而其他公式则趋向于中动起动模式;与经典的希尔兹起动概率公式比较,本文的起动概率公式可以很好地与希尔兹曲线重合,而其他公式则是一条直线,只能计算大颗粒的泥沙起动问题。展开更多
针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦...针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比,验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上,生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样,模拟向上渗流潜蚀试验,并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性,研究不同充填状态下(欠填充和过填充)不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后,对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验,探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明,过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大,而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小;欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒,而对于过填充试样,潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外,三轴试验表明,潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化,且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。展开更多
文摘天然河流水流会挟带大量泥沙,这种泥沙运动会影响水流结构和河床,因此研究泥沙起动概率问题对于山洪治理、水力发电以及水库淤积等具有重要意义。采用滚动或者滑动的运动模式,结合泥沙颗粒水流推移力、水流上举力和泥沙自身的重力与泥沙颗粒水下休止角之间的关系,泥沙颗粒起动时,其水平方向的推移力必须大于阻力,根据受力平衡关系式得到了泥沙颗粒起动概率积分表达式,该表达式充分揭示了泥沙颗粒的受力图景,弥补了以往起动概率公式忽略水流推移力的不足。本文建立的起动概率公式有5个参数需要确定,通过无量纲粒径参数结合试验资料,求出了起动概率公式中的水下休止角正切值变量;利用粗糙床面水流流速和紊动分布试验数据,确定了近床面的时均流速和水流方向的紊动强度;利用均匀沙起动资料结合比例法确定了水流推移力系数和水流上举力系数,以及Luque的7组实测资料和Guy的108组试验资料对本文泥沙颗粒起动概率公式进行了验证,并与爱因斯坦公式、Engelund and Fredsoe公式以及程年生等计算公式进行了比较。结果显示:研究得到的起动概率公式具有最高的计算精度。对于临界状态的泥沙颗粒,本文起动概率倾向于弱动的起动模式,而其他公式则趋向于中动起动模式;与经典的希尔兹起动概率公式比较,本文的起动概率公式可以很好地与希尔兹曲线重合,而其他公式则是一条直线,只能计算大颗粒的泥沙起动问题。
文摘针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比,验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上,生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样,模拟向上渗流潜蚀试验,并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性,研究不同充填状态下(欠填充和过填充)不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后,对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验,探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明,过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大,而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小;欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒,而对于过填充试样,潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外,三轴试验表明,潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化,且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。
