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
ub uc 3 ub、uc 2 ub、uc ub
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
P1 P ub uc uc 3 ub 2.11uc 0.0014 P2 P ub uc uc 2 ub 1.74uc 0.0228
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。
d h
m
将上式代入（3-7）式
1
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1
ub
ubc


2K3a3 K1CDa1 K2C
um 1 mU
（3-9）
17
5. 用垂线平均流速表示的起动流速公式
u

um

y h
m
um 1 mU
点流速与垂线平均流速的关系
u 1 m y mU
h
（3-10）
取
y d
近底作用流速与平均流速的关系式
ub

1
m
mU
K1d FD K2d FL K3d W K4d N
（3-5）
16
4. 用近底作用流速表示的起动流速公式
1
1
ub
ubc

2K3a3 K1CDa1 K2CLa2

2


s


gd

K4 K3a3
N
d 2
2
（3-6）
1
1
ub

ubc

若令h代表水深，ha代表与大气压力相应的水柱高度，
N (h ha )
N d1 s d
N

a4d
2

d1 d
s h


ha

N d2
（3-4）
15
3.起动临界条件下力的平衡方程式
水流方向
FD
K2D o
K4D 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
1
3.1 泥沙起动的随机性和起动判别标准
3.1.1 泥沙起动的随机性 1 、当着眼于一颗特定泥沙的起动时，由于流速和拖 曳力的脉动，起动具有随机性；
2、 当着眼于特定床面多颗泥沙的起动时，则除流速 和拖曳力脉动外，还受颗粒的大小、形状及位置差异 的影响，起动更具有随机性。
2
3.1 .2 泥沙起动的判别标准 1 定性标准
大量起动
P3 P ub uc uc ub 1.37uc 0.1585
7
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。
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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。
FD
CD
d 2
4
ub2
2
CDa1d 2
ub2 2g
（3-1）
FL

C
L
d
4
2
ub2
2
CLa2d 2
ub2 2g
（3-2）
重力
W a3 s d 3
（3-3）
粘结力N?
11
3.2.1
2K3a3 K1CDa1 K2CLa2

2


s


gd
K4a4 K3a3

d1 d

s
gh

ha


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）
U
1 h
h 0
um

y h

m
dy

um 1 m
即粘结力与颗粒粒径的s次方成反比。
N


d1
s
d
13
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
14
2. 张瑞瑾粘结力的数学表达式 粘结力与下列因素有关：
③与沙粒所受的铅直下压力成正比。
4
2、定量标准（窦国仁方法）
ub 瞬时底流速，其分布符合正态分布， uc 为起动底流速， uc 为时均起动底流速， ub 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
5
2、定量标准（窦国仁方法）
窦国仁取
ub uc 3 ub、uc 2 ub、uc ub
第3章 泥沙的起动
1、泥沙的起动：在一定的条件下，床面泥沙由静止转 为运动的现象。
2、泥沙的起动条件：泥沙颗粒由静止状态转为运动状态
基 本
时的临界水流条件，称起动的条件。
概
念
3、起动流速：当用水流垂线平均流速来表示起动条件时，
该流速称为临界起动流速。
起动条件可用起动流速或起动拖曳力表示。
4、起动拖曳力：当用水流剪切力表示起动条件时，该剪 切力称为起动拖曳力。
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3.2 均匀沙的起动条件
K1D
床面泥沙颗粒的受力情况
水流方向
FD
K2D o
K4D K3D
N
W
FL
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。
均匀沙散粒体及粘性泥沙的 统一起动流速公式
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
12
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。 沙粒间的空隙厚度又可假定与颗粒粒径的s次方成正比。