冰盖下水流垂向流速分布的试验研究.docx

1、SHYYANYUJIANCE冰盖下水流垂向流速分布的试验研究刘涛（合肥工业大学土木与水利工程学院.安徽合肥230009）摘要：冰盖形成后将显著改变水流的流动结构.根据实验室模型试验.对冰盖下的水淹垂向流速分布进行了试验研究研究结果表明.相比明流情况.冰盖F水流的垂向流速分布发生变化最大流速向水深中部偏移以最大流速线将水流沿水深方向分成两层.每层大致呈对数分布.关键词：冰盖；模型试验，渡速分布；对数分布中图分类号:TV133文献标识码：A文章编号:1673-5781（2015）03-0370-030引言高寒地区河流冬季冰盖的出现显著改变了水流的流动结构.使封冻河道各水力要素变得卜分复杂.河流边界

2、条件和水力条件的变化.导致河流阻力和能虽损失的增加.水位和流度关系也将区别于明流情况.如此的变化将可能导致凌汛.也将影响冬季渠道的输水和引水,因此研究封冻河道的水流特性具有互要的理论及实际意义目前常采用的研究方法是H.A.Einstein提出的按阻力划分过流断面的万法.沿水深方向以最大流速线（点）将流动分成两层等效明流层.假定上下两层互不影响.分别只受冰盖底部和床面粗糙影响.每层流速为对数分布。-些研究结果表明.这-方法对确定某些封冻河道阻力是合适的.但对于封冻河道水流流动其他方面的研究是否适合.尚需进一步的研究冒。1试验条件试验在实验室直槽中展开完成.其平面布置如图1所示.水槽长26.68m

3、.自上游至下游共设有22个断面.断面间距为1.2m.水槽宽为0.4m.在620断面中铺设模型冰盖模拟冰盖.材料为聚苯乙烯泡沫板。为排除水流不稳定的影响.取水槽中间12断面为记录观测断面。图1试呛布宜2冰盖下垂向流速分布与明流对比冰盖形成后.水流的边界条件和水力条件发生改变.水流的阻力增大.和明流相比.断面水流速度重新分布。试验发现.明流条件下的最大流速在河道中心的水面处.而冰盖下的最大流速偏向河道中心水深处.如图2所示（试验条件为：水深H=（）.20m.流速V=0.12m/s）。图3为冰盖条件与明流条件垂向流速分布的比较可以看出.明流条件下.水流的垂向流速最大值在水面.且随着水深的增加垂向流速

4、减小；冰盖卜，垂向流速最大值偏离水面.向水深中部偏移.试验中由于模型冰盖的糙率与河床糙率相近.故冰盖F的最大流速约在中心水深处.垂向流速以最大流速为界将水流沿水深方向分成近似对称的两层.且在中心水深附近流速分布较为均匀。天然河流中.由于冰盖糙率和槽底糙率相对变化较大.因此大多数水流运动也将处于不对称的状况13。】。研究表明.流速分布受河床和冰盖粗糙度相对大小的影响较为级感.最大流速点位置移向糙率收稿日期：2015-04-19；修改日期：2015-04-24作者简介：刘涛（1993）.男.山东诸城人.合肥工业大学硬上生.SHIYANYU.IIANCE相对较小侧。(c)X2Ims./-0.I5m将

5、图3中的转为对数坐标系下.如图4所示.可以看出.冰盖条件下,对数坐标系下的垂向流速分布大致以一0.5一0.75(即47%60%水深范围内)为界.ln(z/H)<0.5时.垂向流速分布大致满足V分布.ln(c/H)>0.75时.垂向流速分布大致满足队分布即水深在小于"水深或大于60%水深时满足对数分布.而在47%60%水深范围内流速分布较均匀并不满足对数分布。试验结果与文献口.5相同.冰盖下水流的纵向流速在流动核心部分分布较为均匀.但不遵循对数分布规图4对数坐标系下的垂向流速分布满足对数分布规律。3结论与讨论利用实验室水槽对冰盖下的流速分布与明流情况进行了试验研究.结果发现

6、.冰盖出现后.河道最大流速偏离水流表面.偏向中心水深处在冰盖糙率与河床糙率相近时.流速分布以最大流速为轴近似呈对称分布.在流动核心部分.流速分布较为均匀.但并不参考文献1 王志兴.李成振.陈刚.冰着下水流淹速垂向分布规律研究J.沈FR农业大学学报.2009.40(4),465-470.2 王军.封冻河道下流速分布和阻力向地探讨J.水科学进展.2005,16(1):28-31.(下转第382页)SHIYANYUJIANCE桂春阳.等：再生混凝土的SHPB实验及能量耗散分析图8各系列试样Wsrnax随应变率的变化规律由图8可以看出.各系列再生混凝土的Wmax均随应变率呈现近似线性增长.反映了高应变

7、率卜.试样损伤破坏更剧烈的特点。但随骨料替代率的不同.随应变率的变化规律有所区别。当应变率在40/S时.各系列再生混凝七的Wg相差较小.而当应变率增大时.骨料替代率越大则增长幅度越小。这是由于再生骨料比天然骨料存在较多的缺陷.这种缺陷对于混凝土强度的影响较小.而随损伤加剧、应变率增加而逐步体现。3结论(1) 再生混凝土具有显著的应变率效应.其动态抗压强度、试样耗散能均随应变率增加而增加。(2) 再生混凝土试样的耗散能随应变率基本线性增加.随骨料替代率增加.耗散能的增长幅度减小.反映了再生骨料的自身缺陷导致试样在剧烈损伤阶段的软化特点。参考文献1 张波志.王社良，张博.等.再生混凝土京本力学性能

8、试勃研究J.混凝土,2011(7):4-6.2 RyuJ.ImprovementonstrengihandiniprnneabilityofrecycledconcretemadefromcrushedconcretecoarseaggrcgateJJ.JournalofMaterialsScienceLetters.2002.21(20)115651567.3 李秋义.李云殴.朱崇绩.等.再生混凝土骨料强化技术研究J.混凝±,2006(1),74-77.4 孙跃东.王涛.再生骨料强化对再生混凝土基力学性能的影响J.四川建筑科学研究.2010,36(4),212-215.5 王占峰.

9、王社良.翁光远.不同粗骨料取代率再生混凝土力学性能试验研究.郑州大学学报(工学版).2012,33(4)：32-35.6 郭远臣.王雪.再生骨料混横七弹性模量实验研究J.硅酸盐通报.2013,32(3),467-471.7 任铮钺，冯琪，腐延风.再生混凝土力学性能的研究J.材料导报.2014.28(1),140-143.8 刘洋.曾志兴.万超.等.再生陶瓷粗骨料混族土碳化后力学性能试验研究口.人民长江.2014.45(12),89-92.9 陈宗平.徐金俊.郑华海.等.再生混凝土基本力学性能试我及应力一应变本构关系LJ.建筑材料学报.2013.16(1)：24-32.10 王周松.再生混凝土力

10、学性能及计算方法研究J.四川建筑科学研究,2013.39(5)：238-242.11 巫绪泠,代仁强.陈浦兴等.钢舒堆混微土动态劈裂试脸的能量耗散分析LJ.应用力学学报，2009.26(1)：152154.(上接第371页)Ashton(»D.RiverandlakeiceengineeringLMj.WaterResourcesPublication.1986.3 茅洋育，马吉明.封冻河道的阻力研究J.水利学报.2002(5)：59-64.4 茅泽育.赵升伟.相啪.等.冰盖下水淹液动的捧混特性J.水利学报.2005,36(3):291297.5 IqrsenP.Hydraulicr

11、oughnessoficecoversJJ.JournaloftheHydrauliesDivision.1973,99(1)：111-119.6 WalkerJF.WangD.MeasurementofflowundericecoversinNorthAnieriraCj,JournalofHydraulicEngineering.1997.123(11):1037-1040.7 茅泽育罗昇.赵升伟.等.冰盖F水流垂线流速分布规律研究口.水科学进展.2006.172)：209215.8 隋觉义.方达宪.江河冰塞糙率的分析研究J.水利学报.1993(8) :10-17.9 王军.付辉.伊明昆.

12、等.冰塞水位分析J.水科学进展.2007.18(),102-107.(上接第378页)4刘建忠.孙伟，缪吕文.等.矿物掺合料时低水胶比混激土干缩和自收缩的影响J.东南大学学报(自然科学版).2009.39(3)：580-585.L5J张守治.汪守淳.乔抱静.等.矿物捧合料对高强混凝土/性开裂影响的研究J.混概土与水泥制品,2010(5),24-27.6 GH/T5OO822009.普通混凝土氏期性能和耐久性能试毁方法标准S.7 金云.王志宏.用膨胀剂配制补偿收缩混凝上的原理、性能和应用J.国外建材科技.1996,17(9):40-44.8 BrooksJJ.JohnriMA.MazloomM.Effectsofadmixturesonthesettingtimesofh