弯道床面剪切力的分布.pdfVIP

2』 7 西北水资源与水工程 第四卷 1993年 第四期 W ater R ourccs ＆ W ater Engineering 弯 道 床 面 剪 切 力 的 分 布 _ _焕_ _ ● ● 量_ 一 — _ - _ _ _ — — … TVI33 (石河子农学院水利系) 提 要 本文根据弯道纵向垂线平均 E速分布公式．建立了弯道床面剪切力沿程及沿河宽分布的 计算公式．利用实测试验资料对公式的计算结果进行了比较，成果表明，计算值与实测值基 本吻合．依据床面剪切力分布公式，结合前人的一些研究成果．较系统地分析了相对曲率半 径 a『／B、来流条件 o、河床粗糙情况 c、相对水深H ／ro、弯道中心角 及河床断面形态 h／H等因素对床面剪切力分布的影响，所得结论与试验成果是一致的． 关键 弯曲型{可段 剪切力分布 ● ‘ —～ ，●—一 一 、 僦 述 在：雩道水流中，自由水面的变形和横向水流运动的存在．改变了流速场的分布，而流 速场的重新分布必然导致床面剪切力的重新分布．对于动床河弯，床面剪切力的重新分布 直接关系到河底的泥沙运动和河岸的侵蚀情况，引起相应的床面变形和河床冲淤变化．总 之，认识床面剪切力分布规律，也在工程实际中具有十分广题冉勺应用 值．例如，人工弯 道式取水枢纽的引水防沙，冲积平原河流的截弯取直。防止河岸冲刷的堤防工程．港 口修 建及改善河道航运等，许多学者在水槽试验中量测了弯道的剪切力分布，对该课题进行了 试验研究和理论探讨．从定性 E正确地描述了床面剪切力的分布情况，并进行了—些定量 研究 “ ，但考虑的影响因素不全面，已有成果尚不足以从定量的角度解释弯道 中床面 剪切力的沿程 (日方向)及沿河宽 (r方向)的变化规律，不能满足工程实际的需要．针 对这种情况，在前人研究成果的基础上，我们对弯道床面剪切力的分布进行了研究。 二、理 论 分 析 (--)坐标系的建立 弯道水流在运动过程中流经进 口直段、弯道段和出口直段。它包括一个弯段和两个直 线段．为了表达和研究求解的方便，我们采用两套坐标系来描述整个弯道内的水流运动， 一 21— 在进 口直段和出口直段采用三维直角坐 标系 (x方向沿流向)，弯道段则采用 柱坐标系 (日方向沿流向)．如图1． (--)纵向垂线平均流蘧分布 根据弯遭水流水探平均运动方程和 弯道水面纵比降变化规律，曾导出的弯 道水流纵向垂线平均流速为 ： ∥ c 一 m 2 - + ct一 。e一 ㈣ ∥ cih+e2h e 一 盖哆 一e一 式中：-U。为来流断面 (o—o断面)纵向垂线平均流速： 为鸯遭进q断面 (1一l断面) 纵向垂线平均流速；U：为弯道出口断面 (2—2断面)纵向垂线平均流速；V为断面平均 流速：H为断面平均水深；h为垂线水深；r0为轴线曲率半径； 为弯道中心角；c为谢 才系数：g为重力加速度 ；L为来流断面与弯道进 口断面之间的距离，一般取 L为：L= (t～1．5)B；B为弯道水面宽度． 在水流未发生分离的条件下，利用 (1)式可计算弯遭进 口直段、弯遭段和出口直段 沿程各断面上纵向垂线平均