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作者：刘勇重庆交通大学

学位级别：硕士

西部山区河流坡陡流急,跃移是卵石主要的输移方式之一。随着近年来西部地区交通体系的不断完善,建设了众多涉河桥梁,汛期河道水动力急剧增强,河道中卵石运动强烈,对河床及涉河桥墩造成了严重破坏,然而目前关于卵石的研究大多建立在低流... 详细信息

西部山区河流坡陡流急,跃移是卵石主要的输移方式之一。随着近年来西部地区交通体系的不断完善,建设了众多涉河桥梁,汛期河道水动力急剧增强,河道中卵石运动强烈,对河床及涉河桥墩造成了严重破坏,然而目前关于卵石的研究大多建立在低流速、小比降的情况下,现有研究成果对大比降河道中卵石运动规律的适用性较低,对卵石跳跃特性影响因素的研究也较少。因此,探明大比降河道中卵石跳跃机理和跳跃特性对汛期卵石运动预测及涉水建筑物的防护具有理论和实际意义。本文首先通过理论分析研究了大比降河道中卵石跳跃机理,然后通过水槽概化试验研究了大比降河道中卵石跳跃机理与特性,再分析了卵石形状和床面粗糙度对卵石跳跃特性的影响,最后分析了涉水桥墩对卵石跳跃特性的影响,并对相应计算公式进行修正。得出以下结论:1.从泥沙典型受力分析出发,引入因相对暴露度而产生的附加质量力,建立了卵石起动段、起跃段、跳跃段和反弹段四个过程的运动方程,并利用水槽试验数据验证了跳跃段运动方程的准确性。2.卵石跳跃速度略大于纵向平均速度,卵石跳跃速度、跳跃长度和跳跃高度随水流强度增加而增加,跳跃角度随水流强度增加而减小,大比降河道中卵石跳跃下降段长度普遍大于上升段,起跳角度普遍大于降落角。3.卵石跳跃特性受卵石形状和床面糙率的影响程度各不相同。卵石形状对跳跃速度和跳跃角度的影响较小,在一定水力条件下球形卵石跳跃高度和跳跃长度略大于扁平状的卵石。床面粗糙度对卵石跳跃速度的影响可忽略不计,卵石跳跃高度、跳跃长度和跳跃角度随床面粗糙度的增加而增大。4.涉水桥墩对卵石跳跃特性的影响比较明显,除卵石跳跃角度受桥墩阻水率的影响较小外,卵石跳跃速度、长度和高度均随桥墩阻水率的增大而减小,卵石在壅水率过大时的跳跃特性明显比壅水率低时小。结合现有试验数据和公式对卵石跳跃速度、长度、高度计算表达式进行了修正、验证,修正后的公式对大比降河道中卵石的跳跃速度、长度和高度的计算精度得到显著提高。本文最终得出的公式仅适用于(?)﹤0.12的粗糙床面。

关键词：大比降河道卵石跳跃机理跳跃特性桥墩

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基于能坡划分原理的大比降山区河流阻力特性

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农业工程学报 2022年第20期38卷 113-118页

作者：杨奉广彭清娥四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 四川大学水利水电学院成都610065

在山区河流水沙灾害河道修复中,河道阻力系数是一个非常重要的参数。普通天然河道的达西阻力系数是水深h与泥沙粒径d比值的函数,而在山区大比降粗糙河道中,其值随着坡降的改变而变化。为探究大比降河道达西阻力变化规律,该研究通过变坡... 详细信息

在山区河流水沙灾害河道修复中,河道阻力系数是一个非常重要的参数。普通天然河道的达西阻力系数是水深h与泥沙粒径d比值的函数,而在山区大比降粗糙河道中,其值随着坡降的改变而变化。为探究大比降河道达西阻力变化规律,该研究通过变坡水槽试验设置3种坡度(10°、25°、35°)更大的河道,试验时床面铺设中值粒径为0.5、1和1.85 mm的3种天然沙,流量设定为0.5~2.5 L/s,淹没度范围h/d为0.84~7.27,采取试验数据和经典文献数据共计48组,涵盖河道坡度范围0.97°~35°(对应比降S范围为17‰~573.6‰),进而建立能够反映滚波影响的适用于山区大比降河流的达西阻力表达式。结果表明:1)大比降河道水流表面会产生滚波,使得达西阻力系数增大;2)大比降河流的能坡可划分为两部分:正常河道无滚波时的能坡以及河道水面滚波产生的额外能坡,前者及其对应的达西阻力系数可以利用传统的对数公式进行求取,后者可以利用总能坡与无滚波时的能坡相减得到;3)将建立的比降达西阻力公式计算结果与实测数据比较,可以发现绝大部分数据落在±20%误差线中,说明该研究提出的公式的计算精度较高。研究建立的大比降河流阻力计算模型可以揭示大比降河道水流能量消耗机理,为后续研究大比降河流问题提供理论基础。

关键词：大比降河道摩阻流速达西阻力系数淹没度滚波

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大比降光滑明渠水流阻力特性研究

大比降光滑明渠水流阻力特性研究

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第十届全国泥沙基本理论研究学术讨论会

作者：杨奉广四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川大学水利水电学院

与普通河道水流不同,大比降光滑明渠河道水流阻力不但是雷诺数的函数,而且也随着坡降的改变而变化。针对大比降河道,本文提给出了修正的摩阻流速u和达西阻力系数f,并且利用经典的Emmett大比降河道试验数据求出了其中的待求参数a。f-Re... 详细信息

与普通河道水流不同,大比降光滑明渠河道水流阻力不但是雷诺数的函数,而且也随着坡降的改变而变化。针对大比降河道,本文提给出了修正的摩阻流速u和达西阻力系数f,并且利用经典的Emmett大比降河道试验数据求出了其中的待求参数a。f-Re关系图表明,所有的大比降河道阻力数据都能归结到一条曲线中,这说明本文修正的摩阻流速模型能够很好地揭示大比降河道水流在床面的能量消耗机理。巧合的是,在层流与紊流区域内,f-Re变化规律与普通河道中的f-Re变化一致。最后,为了工程应用方便,求出了整个水流区域内的f-Re统一表达式,通过与Emmett试验数据比较,可以看出作者的统一公式具有较高的计算精度。

关键词：大比降河道摩阻流速达西阻力系数雷诺数

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