群体浮帘阻力与促淤量的确定
发布时间：2020-04-09 20:31
【摘要】：泥沙的冲刷和淤积对水资源的合理开发利用具有举足轻重的作用。近几十年来,社会发展、经济腾飞,但人类活动也强烈影响着河流输沙量的变化和海岸线的进退,泥沙促淤愈来愈演变成为水利及海洋工程中一个不可忽视的环节。柔性透水促淤浮帘是一种新型底沙截留的促淤装置,帘体下端通过缆绳固定于床面并与其保持一定距离,上端自由漂浮在水中,在水流作用下向下游倾斜一定角度,帘后产生由横轴涡体构成的一个低流速回流区,落入该低速区的来沙将淤积下来,形成一个淤积体,从而达到促淤防冲的效果。促淤浮帘的存在不但增加水流能耗,同时具有促淤效果良好、滞洪小、易拆装等优点。本文分别开展了定床和动床水槽实验,对浮帘群阻力特性和促淤量进行定量探索,进一步证明该装置的促淤效果,并探明浮帘群各项阻力系数的计算方法和最佳使用水力条件,为浮帘群的施工安装工艺提供参考。本次实验由定床实验和动床实验组成,其中,定床实验共计92组工况,主要测量了含群体浮帘水流的水面线和流速垂向分布。实验表明,浮帘高度和浮帘间距是水面线变化的主要影响因素;而相邻浮帘之间水流流速的垂向分布在浮帘影响高度内呈现先减小后增加的“转折点”现象。本文通过观测水流水面线获得水力坡降,对浮帘拖曳力系数C_D、曼宁糙率n和达西韦斯巴赫阻力系数f开展了研究。实验表明,含浮帘群明渠水流的绝大部分阻力由浮帘群产生,和浮帘及浮帘与水流间的相互作用有关;浮帘群布置间距存在临界间距,此时浮帘间的相互干扰作用几乎消失,每个浮帘后方存在充分发展的回流区漩涡,浮帘群整体消能作用最大。基于理论分析结合实验结果,探明了拖曳力系数C_D在不同水流条件下变化较小,取值范围聚集在1.60~2.05;曼宁糙率n主要与浮帘相对高度及分布密度有关,提出了修正的密度方法计算公式;达西韦斯巴赫阻力系数f则主要由浮帘相对高度、分布密度及浮帘雷诺数确定,对此提出了达西韦斯巴赫阻力系数f的计算公式。在动床条件下本次共开展了8组实验,分别探讨了流量、水深、浮帘高度、浮帘间距四个因素对群体浮帘促淤量的影响。每组实验时长12小时,间隔2小时进行一次床面高程测量,由此获得了群体浮帘促淤量随时间的变化过程以及内部、外部浮帘促淤量的差异。实验表明:群体浮帘具有良好的促淤效果,帘后淤积体的尺度、形态与浮帘相对高度/、浮帘间距有关。最后,提出了帘后促淤量平均值和最大值的计算公式。研究表明,为取得促淤浮帘最大的经济效益和最佳促淤效果,群体浮帘施工前需要选定出合适的浮帘高度和最佳布置间距。
【图文】：
墙式斜坡堤的东突堤，台湾基隆港八尺门港区的两处防坡堤，都曾经发生过破坏事故。此外，2011年海口观海台西海岸防波堤共有长达两百米出现倾斜或坍塌现象，钟楼附近约一百米严重坍塌，这些都因冲刷造成。图1-1即为事故现场照片。Gomyoh实地调查了日本16个港口总计27处受损混合堤，发现堤脚冲刷引起的消浪块沉陷是其主要损坏形态之一[7]；Shigeo Takahashi针对1980-2000二十年间日本复合混合堤的损坏情况进行了统计分析，显示防坡堤的侵蚀主要有两个方面：一是大规模的海底冲刷造成地基沉降，二是前趾区域被水流淘刷损坏造成建筑物失稳，图1-2[8]显示了防波堤遭受前趾冲刷侵蚀。我国以邱大洪为首的科学家们也对防波堤的破坏展开了深入研究，系统总结了防波堤破坏的四个主要原因，其中之一即是海床、基床与堤脚冲刷带来的地基失稳[5]。图1-1 海口观海台防波堤坍塌 图1-2 防波堤前趾冲刷示意图Fig1-1 The collapse of breakwater in Haikou Fig1-2 Erosion in the toe of breakwater海底存在大量管缆，冲刷掏空将威胁其安全，需要促淤以保护其安全。社会发展离不开资源的开发利用，随着陆地资源逐步趋于枯竭，，人们将眼光投向了深海大洋。据初步统计
本复合混合堤的损坏情况进行了统计分析，显示防坡堤的侵蚀主要有两个方面：一是大规模的海底冲刷造成地基沉降，二是前趾区域被水流淘刷损坏造成建筑物失稳，图1-2[8]显示了防波堤遭受前趾冲刷侵蚀。我国以邱大洪为首的科学家们也对防波堤的破坏展开了深入研究，系统总结了防波堤破坏的四个主要原因，其中之一即是海床、基床与堤脚冲刷带来的地基失稳[5]。图1-1 海口观海台防波堤坍塌 图1-2 防波堤前趾冲刷示意图Fig1-1 The collapse of breakwater in Haikou Fig1-2 Erosion in the toe of breakwater海底存在大量管缆，冲刷掏空将威胁其安全，需要促淤以保护其安全。社会发展离不开资源的开发利用，随着陆地资源逐步趋于枯竭，人们将眼光投向了深海大洋。据初步统计，海底石油储量占全球总储存量的45%，天然气更是达到50%，海底油气开发具有很大的潜力和十分重要的战略意义。目前海上油气田开发主要通过海底管道进行持续性输送。按输送物可分为输油管道、输气管道、输水管道和油气混输管道，这是目前效率最高，输送能力最大，也最安全快捷、经济可靠的海上资源运输方式。但海底结构物的存在可能会造成强化水流或高速漩涡
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV149
【图文】：
墙式斜坡堤的东突堤，台湾基隆港八尺门港区的两处防坡堤，都曾经发生过破坏事故。此外，2011年海口观海台西海岸防波堤共有长达两百米出现倾斜或坍塌现象，钟楼附近约一百米严重坍塌，这些都因冲刷造成。图1-1即为事故现场照片。Gomyoh实地调查了日本16个港口总计27处受损混合堤，发现堤脚冲刷引起的消浪块沉陷是其主要损坏形态之一[7]；Shigeo Takahashi针对1980-2000二十年间日本复合混合堤的损坏情况进行了统计分析，显示防坡堤的侵蚀主要有两个方面：一是大规模的海底冲刷造成地基沉降，二是前趾区域被水流淘刷损坏造成建筑物失稳，图1-2[8]显示了防波堤遭受前趾冲刷侵蚀。我国以邱大洪为首的科学家们也对防波堤的破坏展开了深入研究，系统总结了防波堤破坏的四个主要原因，其中之一即是海床、基床与堤脚冲刷带来的地基失稳[5]。图1-1 海口观海台防波堤坍塌 图1-2 防波堤前趾冲刷示意图Fig1-1 The collapse of breakwater in Haikou Fig1-2 Erosion in the toe of breakwater海底存在大量管缆，冲刷掏空将威胁其安全，需要促淤以保护其安全。社会发展离不开资源的开发利用，随着陆地资源逐步趋于枯竭，，人们将眼光投向了深海大洋。据初步统计
本复合混合堤的损坏情况进行了统计分析，显示防坡堤的侵蚀主要有两个方面：一是大规模的海底冲刷造成地基沉降，二是前趾区域被水流淘刷损坏造成建筑物失稳，图1-2[8]显示了防波堤遭受前趾冲刷侵蚀。我国以邱大洪为首的科学家们也对防波堤的破坏展开了深入研究，系统总结了防波堤破坏的四个主要原因，其中之一即是海床、基床与堤脚冲刷带来的地基失稳[5]。图1-1 海口观海台防波堤坍塌 图1-2 防波堤前趾冲刷示意图Fig1-1 The collapse of breakwater in Haikou Fig1-2 Erosion in the toe of breakwater海底存在大量管缆，冲刷掏空将威胁其安全，需要促淤以保护其安全。社会发展离不开资源的开发利用，随着陆地资源逐步趋于枯竭，人们将眼光投向了深海大洋。据初步统计，海底石油储量占全球总储存量的45%，天然气更是达到50%，海底油气开发具有很大的潜力和十分重要的战略意义。目前海上油气田开发主要通过海底管道进行持续性输送。按输送物可分为输油管道、输气管道、输水管道和油气混输管道，这是目前效率最高，输送能力最大，也最安全快捷、经济可靠的海上资源运输方式。但海底结构物的存在可能会造成强化水流或高速漩涡
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV149
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本文编号：2621228
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