最新03第3次课(第3章：起动流速)

分别表示个别起动、少量起动、大量起动的临 界状态。
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2、定量标准（窦国仁方法）
窦国仁取
u b u c 3u b 、 u c 2u b 、 u cu b
分别表示个别起动、少量起动、大量起动的临 界状态。
相应于上述三种运动强度的起动概率P为：
个别起动 少量起动
P 1 P u b u c u c 3 u b 2 . 1 u c 1 0 . 001 P 2 P u b u c u c 2 u b 1 . 7 u c 4 0 . 022
03第3次课(第3章：起动流速)
Hale Waihona Puke Baidu
3.1 .2 泥沙起动的判别标准 1 定性标准
①、无泥沙运动（静止） ②、轻微的泥沙运动（弱动） ③、中等强度的泥沙运动（中动） ④、普遍性的泥沙运动（普动）
目前实验室将弱动即很少量的泥沙在运动作为泥沙起动 的判别标准。
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2、定量标准（窦国仁方法）
窦国仁考虑了水流脉动对起动的影响，但不考虑床沙粗细及 其所在位置对起动流速的影响，得出相应于弱动（个别起 动）、中动（少量起动）和普动（大量起动）三种运动强度 的起动概率。
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2、定量标准（窦国仁方法）
u b 瞬时底流速，其分布符合正态分布， u c 为起动底流速， u c 为时均起动底流速， u b 为瞬时底流速的均方差。
在河床附近瞬时底流速的均方差稍大于时均起 动底流速的1/3， ub 0.37uc
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2、定量标准（窦国仁方法）
窦国仁取
u b u c 3u b 、 u c 2u b 、 u cu b
3.2.1.1 张瑞瑾公式
1. 张瑞瑾关于粘结力形成的观点：
张瑞瑾认为细颗粒之间的粘结力主要是因为存在于 颗粒之间的薄膜水（吸附水膜）不传递静水压力所 引起的。
P
P
P
P
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3.2.1.1 张瑞瑾公式 2. 张瑞瑾粘结力的数学表达式
粘结力与下列因素有关： ①与沙粒间的空隙厚度关系很大，空隙越小，粘结力越大。
U cC 1 d h m sg dC 2 d d 1 sghha 1/2
（3-11）
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3.2.1.1 张瑞瑾公式 5. 用垂线平均流速表示的起动流速公式
U cC 1 d h m sg dC 2 d d 1 sghha 1/2
（3-11）
其中
1
C11m 1mK1CDa 21K 3aK 32CLa22
1
1
u b u b c K 1 C D a 2 1 K 3 a K 3 2 C L a 2 2 sg d K K 3 4 a a 4 3 d d 1 sg h h a 2
5. 用垂线平均流速表示的起动流速公式
（3-7）
u
um
y h
m
（3-8）
Uh 1 0humhymdy1um m （3-9）
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3.2 均匀沙的起动条件
床面泥沙颗粒的受力情况
水流方向
FD
K2D
o K 4D K3D
N
W
FL
K1D
促使泥沙起动的力：推力FD和举力FL 抗拒泥沙起动的力：重力W和粘结力N
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粘结力 当泥沙粒径很细，颗粒间的空隙非常小，沙粒表面包裹着一 层吸附水膜，其厚度一般为0.25～0.5μm，当两颗泥沙相 接触时，各吸附水膜形成公共水膜。这样颗粒间会由于分子 的引力产生一种力，这种力称为粘结力。
um1m U
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5. 用垂线平均流速表示的起动流速公式
u
um
y h
m
um1m U
点流速与垂线平均流速的关系
u1m ymU
h
（3-10）
取
y d
近底作用流速与平均流速的关系式
ub
1mmUdm
h
将上式代入（3-7）式
1
1
u b u b c K 1 C D a 2 1 K 3 a K 3 2 C L a 2 2 sg d K K 3 4 a a 4 3 d d 1 sg h h a 2
大量起动
P 3 P u b u c u c u b 1 .7 u 3 c 0 . 1585
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3.2 均匀沙的起动条件 建立泥沙起动公式的一般步骤 第一步，确定作用力的表达式； 第二步，根据起动模式，确定起动临界条件下力的平衡方 程式； 第三步，推导泥沙起动公式的一般结构形式；
第四步，通过实验确定公式中的待定系数，得泥沙起动条 件的计算公式。
K 1 d F D K 2 d F L K 3 d W K 4 d N （3-5）
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4. 用近底作用流速表示的起动流速公式
1
1
u bu b c K 1 C D a 2 1 K 3 a K 3 2 C L a 2 2 sg d K K 3 a 43N d2 2（3-6）
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床面泥沙颗粒的作用力的表达式
推力和举力实质上是绕流阻力在水平方向和垂直方 向的分力。
FDCDd 42u 2b 2CDa1d22 ub g 2
（3-1）
FLCLd 42u 2b 2CLa2d22 ub g 2
（3-2）
重力
Wa3sd3
（3-3）
粘结力N?
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3.2.1 均匀沙散粒体及粘性泥沙的 统一起动流速公式
沙粒间的空隙厚度又可假定与颗粒粒径的s次方成正比。 即粘结力与颗粒粒径的s次方成反比。
N d1 s d
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2. 张瑞瑾粘结力的数学表达式 粘结力与下列因素有关： ② 与颗粒之间水膜的有效接触面积成正比，
颗粒间公共水膜的面积可用沙粒在水平面上的投影 来表示，
N d2
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2. 张瑞瑾粘结力的数学表达式 粘结力与下列因素有关：
C2
K4a4 K3a3
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3.2.1.1 张瑞瑾公式
5. 用垂线平均流速表示的起动流速公式
U cC 1 d h m sg dC 2 d d 1 sghha 1/2
（3-11）
其中C1=1.34, C2=0.00000496, s=0.72, m=0.14, 参考粒径d=1mm,将以上参数代入 式（3-11），并将公式中各变量均采用国际单位（kg、 m、s制），得
③与沙粒所受的铅直下压力成正比。
若令h代表水深，ha代表与大气压力相应的水柱高度，
N(hha)
N d1 s d
N d2
Na4d2dd1shha
（3-4）
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3.起动临界条件下力的平衡方程式
水流方向
FD
K2D o
K 4D K3D
K1D
N
W
FL
如泥沙起动按滚动模式考虑，则表达颗粒临界起动条件 的动力平衡方程式为