泥沙起动与沉降

1、泥沙的起动 河床上静止的泥沙颗粒，随着水流条件的增强，到一定时间时开始运动，这种现象称为泥沙的起动泥沙的起动。 维持泥沙颗粒静止状态的平衡条件遭到破坏，床面泥沙由静止转变为运动的临界水临界水流条件流条件，就是所谓的泥沙的起动条件泥沙的起动条件。泥沙的起动条件可以用流速、拖曳力或功率流速、拖曳力或功率来表示。泥沙起动的判别标准 泥沙起动是相当复杂的，泥沙起动具有双重的随机性天然河流中床面的泥沙颗粒形状、大小、位置及排列组合等均为随机；水流脉动本身的随机性，导致作用在床面上某一指定位置上颗粒的力也是随机的。 这就给确定泥沙的临界水流条件带来了困难，究竟怎样判别泥沙是否起动，目前还没有一致的看法。克

2、雷默(1935) 根据试验观察的现象试验观察的现象，把推移质的运动分为四个阶段:1). 无泥沙运动2). 轻微的泥沙运动3). 中等强度泥沙运动4). 普遍的泥沙运动窦国仁的理论分析 DDghgDDDUscot/6 . 327. 105 . 2*006/1*瞬时底流速瞬时底流速表示的起动条件：表示的起动条件： 个别泥沙起动概率为个别泥沙起动概率为0.135%,少量起动条件概率少量起动条件概率2.28%,大量起动条件概率大量起动条件概率15.9%。 瞬时底流速为时均底流速与脉动底流速之和，实际瞬时底流速为时均底流速与脉动底流速之和，实际可能出现的最大脉动流速为脉动强度的可能出现的最大脉动流速为脉

3、动强度的3倍。倍。无粘性均匀沙的起动1 起动拖曳力起动拖曳力 一个圆形球体的水下重量为 W，床面上泥沙颗粒所受的上举力为FL，相应的颗粒所受的拖曳力FD为：6)(3DWs24202UDCFLL24202UDCFDD 取对数流速公式 ：sKyuU 2 .30log75.50)(20 DufuU)(LDFWkF 临界起动(滑移)：阻力系数 CD、CL 与沙粒形状和沙粒雷诺数有关，最后得出起动拖曳力公式: (4-32) csDfu D()() 上式的关系见图 4-10，即著名的希尔兹关系曲线希尔兹关系曲线。 图 4-10 希尔兹起动拖曳力曲线 R e * u D希尔兹起动拖曳力曲线具有以下特点:Re

4、 * = 10 ，最易于起动；Re * 10 ，起动拖曳力随粒径的增大而加大；Re* 1000 ，接近一常数0.06。2 起动流速起动流速 由于流速场和剪力场之间存在着一定的关系，所以可以从起动拖曳力的表达式推导出泥沙的起动流速公式。如采用对数流速公式, 可得用UC 代表在临界起动时的垂线平均流速：sescKRRfgDU27.12log)(75.5*( 对数型起动流速公式对数型起动流速公式 )即为即为Shields数数 如流速分布不采用对数形式而采用指数流速分布公式, 从而可以得出指数型的起动流速公式, 这类公式与水深有关, 如应用较多的沙莫夫公式沙莫夫公式: 6/114.1DhgDUsc粘性

5、泥沙的起动DghgDKhmUkssc19. 011ln窦国仁公式 当泥沙处于少量起动的临界状态时，m=0.320 当泥沙处于个别起动的临界状态时，m=0.256 当泥沙处于大量起动的临界状态时，m=0.408 张瑞瑾公式（武水公式）：72. 014. 010000000605. 06 .17)(DhDDhUsc其中其中h和和D单位取单位取m，算得沉速单位为，算得沉速单位为m/s。一、泥沙沉降的不同形式一、泥沙沉降的不同形式第四章泥沙的水力特性第四章泥沙的水力特性1、沉降过程：、沉降过程：重力阻力，加速下沉。阻力逐渐增大，而重力恒定，加速度减小。重力阻力，加速度0，泥沙匀速下沉，沉速趋于稳定 2

6、、沉速概念：、沉速概念： 单颗粒单颗粒泥沙在泥沙在静止静止的的无限大无限大的的清水清水水体中水体中匀速下沉匀速下沉的速度的速度(cm/s)。 d一、泥沙沉降的不同形式一、泥沙沉降的不同形式3、沉降状态：、沉降状态：沙粒雷诺数Red=(沙粒惯性力与水流粘滞力的对比) 。沉降状态：a、层流状态下降；b、紊流状态下降；c、过渡状态下降： d二、球体的沉速二、球体的沉速二、球体的沉速二、球体的沉速CD与Red关系 曲线二、球体的沉速二、球体的沉速三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速 天然泥沙为非球体，下沉阻力对于球体，阻力系数多通过试验确定。天然泥沙为非球体，下沉阻力对于球体，阻力系数多通过试验确定。 三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速三、其他因素对沉速的影响三、其他因素对沉速的影响1、形状对沉速的影响、形状对沉速的影响 方向的影响：方位不同，下沉