【摘 要】
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浮泥是河口、海岸地区常见的一种自然现象。浮泥的运动对河口及海岸线的演变、港口航道的维护都起到非常重要的作用。本文采用宾汉体模型来描述浮泥的本构关系,运用量级分析方
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浮泥是河口、海岸地区常见的一种自然现象。浮泥的运动对河口及海岸线的演变、港口航道的维护都起到非常重要的作用。本文采用宾汉体模型来描述浮泥的本构关系,运用量级分析方法建立了波浪与水流作用下浮泥运动的简化方程。
基于简化的浮泥运动方程进行理论分析和数值模拟,计算得到浮泥层的平衡厚度。在纯水流作用下,对于较长航道来说,水平底床面的浮泥层厚度可超过1米,而在坡度为1/500的底床面情况下,浮泥层的厚度一般不会超过0.2米。开展了相关的室内实验研究,实验测量了在静水条件下浮泥层的平衡厚度,实验测量数据与理论分析结果十分吻合。
对波浪作用下浮泥层的平衡厚度进行了理论分析。发现波浪可以大大降低浮泥层的平衡厚度。根据简化的数学模型,对波浪和水流作用下浮泥的输运情况进行了研究。发现即便水流对浮泥泥面的剪应力远小于浮泥屈服应力,浮泥层也能够发生定向输移。研究还发现,浮泥的输运率会随着波浪波幅、波长、水流剪应力的增加而增大。在浮泥层厚度较小时,浮泥层的输运速度随厚度的增大而增大,但当浮泥层厚度足够厚时,浮泥的输运速度会趋于一个定值。
开展了存在水面波动情况下,水流作用下浮泥输运规律的室内实验研究。采用PIV系统测量全场水流的瞬时速度流场,浮泥层的速度采用彩泥带法进行测量。测量了不同水流速度与不同浮泥密度工况下浮泥表层的输运速度。实验测量的浮泥运动速度在量级上与理论计算结果基本相吻合。
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