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水利工程论文-扰动淤泥与沉积淤泥的流变特性研究.doc

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水利工程论文-扰动淤泥与沉积淤泥的流变特性研究.doc

水利工程论文-扰动淤泥与沉积淤泥的流变特性研究摘要:为了分析不同沉积状态的淤泥流变特性,本文将淤泥作为线性粘弹性体,提出了根据泥水系统控制方程解答和波浪在泥床上传播时的实测变化规律求取淤泥流变参数的反分析方法,并利用遗传算法分别求解搅匀(扰动)与自然沉积淤泥的流变参数.结果表明,淤泥平均密度相同时,自然沉积淤泥的弹性模量明显大于人工搅匀淤泥的弹性模量,两者的粘性系数随淤泥密度的变化规律也有明显区别,这主要是由于沉积淤泥与搅匀淤泥的内部结构不同所造成的.关键词:自然沉积淤泥扰动淤泥流变特性波浪传播在河口海岸粘性泥沙运动研究中,淤泥的流变特性和许多物理过程密切相关,如波浪在淤泥质海床上的衰减特性和波浪作用下的泥床质量输移、淤泥液化等[1~3],是影响波浪与底泥床相互作用的主要因素.淤泥流变特性的变化和水动力作用下床面稳定性、底部泥沙的悬扬规律等也有着直接和间接联系.实验和计算结果表明,淤泥处于不同的沉积状态时,由于流变参数的变化,波浪在泥床上传播时波高衰减率可以相差1~2个量级[4].因此,了解淤泥的流变特性是深入研究淤泥质海岸泥沙运动规律的关键问题之一.关于淤泥的流变关系,目前已建立了相当多的模型[4],然而由于模型参数特别是现场条件下的模型参数难以确定,使得各种模型在应用于描述现场条件下波浪和淤泥质海床的相互作用规律时受到限制.由于现有的测量仪器,如旋转同心圆筒流变仪等实际上只能测量扰动淤泥的流变特性,对于自然沉积的底部泥床,目前还没有很好的方法来测定其流变参数,对其流变特性的变化规律有待深入研究.基于以上原因,本文假定淤泥作为线性粘弹性体,在文献[5]的基础上,采用根据实验结果反求模型参数的方法,比较了实验室内人工搅匀和自然沉积淤泥的流变特性,讨论了淤泥流变特性变化对波浪衰减规律的影响.1理论分析1.1关于淤泥特性的假设近年来一系列的研究表明,淤泥在波浪作用下表现出复杂的非线性粘弹性体特征,其流变参数是应变或应变率历史的函数.但为了简化问题,通过反分析方法确定淤泥的流变参数,并比较人工搅匀淤泥与沉积淤泥流变特性,这里仍然假定淤泥作为线性粘弹性体.在应变较小的情况下,上述假设精确地描述了淤泥的运动规律;在应变较大的情况下,这种假设相当于对淤泥的本构方程进行等价线性化.根据线性粘弹性体假设,在频率为σ的循环(振荡)荷载作用下,淤泥的本构关系可表示为[6]:对于天然或实

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