泥沙起动实验报告..docx

《波浪作用下的泥沙起动》实验报告班 级 08级港口一班 小 组 第二组 小组成员 苏芳眉 3008205170 乔富斌 3008205169 熊 楠3008205174 李 坦3008205162 林 谌3008205164 2011 年 06 月 21日波浪作用下的泥沙起动实验一、工程背景 已知拟建港口位于坡度比较平缓的岸滩，经过收集大量历史水文数据和现场水文测量数据，得到设计条件见表a。表a 拟建港口现场水文条件水底标高（m）-10.0极端高水位（m）4.0设计低水位（m）0.0设计波高H13%（m）2.0设计高水位（m）3.2波浪周期（s）7.7二、设计中需要解决的问题 假定港口防浪掩护布置为双堤环抱形式，现场泥沙中值粒径为0.25mm，海滩坡度为1:50，设计堤头位置水深为表中所列，假定要求堤头位置超出泥沙全面起动的范围，试判断设计方案是否合理。三、实验研究内容根据工程背景推算实验条件，判断是否可以采用水力模型试验方法模拟现场泥沙运动规律；提出根据实验结果判断现场泥沙运动规律的方法；根据现场水文条件和实验室水槽条件以及泥沙起动规律，设计并进行波浪作用下的泥沙起动实验，观察各种实验现象，如初始起动、全面起动和沙纹（必要时给以适当扰动）、记录实验数据；将实验结果和已有的理论公式进行比较；根据实验结果推算现场条件下泥沙运动规律，给出现场条件下港口平面布置方案的建议，并和原设计方案进行比较，判断设计的合理性；实验报告实验设计：根据实验室条件设计：设计水位h=0.20m；设计周期T=1s；粒径d=0.06mm；波高设定：起始波高H=0.01m；△H=0.01m；二、 实验目的：1、根据所测临界起动波高推求临界起动希尔兹参数； 2、根据所测全面起动波高推求全面起动希尔兹参数； 3、观察沙纹现象；三、实验仪器。造波设备：由波浪槽、造波机和控制室组成；采集数据设备：传感器;记录数据设备：电脑其他：木棒，尺子。四、实验步骤：1、在实验设备和仪器都安装完毕以及底床处理好以后，根据设定的水深h=20cm在波浪槽内放水。2、在造波机内输入初始波高，H=0.01m，造波次数设为80.观察波浪槽内泥沙的运动状况。第一次为临界起动状态。如果此时泥沙没有出现该种状态，就按照△H=0.01m的规律逐渐增大波高，直到该现象出现为止。此时进行波高数据的采集。重复2步骤，将此时泥沙运动状态设为全面起动。4、在水槽沙床用木棒划一道，重复2步骤，初始波高为全面起动波高，造波次数为160。观察波浪槽内泥沙出现沙纹的实验现象。5、实验结束。五、实验现象：临界起动：刚开始的一小段时间，只有个别泥沙起动，大部分泥沙处于静止；之后，随着水流作用时间的增长，一部分泥沙开始在水槽底面上滑动，滚动和跃移，运动十分微弱，约有总数15%的颗粒启动，此时可见水槽底面的有细小的沙纹出现。全面起动：随着时间的增加，泥沙普遍起动，泥沙离开底面的高度明显高于初始起动，伴有扬沙现象；沙纹：随着波浪作用时间的增长，波浪个数的增加，波浪槽的边壁处先观察到沙纹，随后扩展到波浪槽的中间位置；沙纹的形成与底床的平整度有关，用木棒在槽底面扰动后，波纹在稍微凹凸不平的地方生成显著，并向四周逐渐扩散。但是，沙纹逐渐发育形成，但沙纹发育到一定程度以后就不再随波浪作用时间的增长而变化了。六、数据计算及处理一）、 有关参数：ρs=2.65g/cm3；ρ=1.00g/cm3；g=9.8m/s2；15℃：ν=1.139×10-6m2/s ；ρ海水=1.025g/cm3二）、部分过程：1）求水槽内的波长。 用弥散方程：可以试算到水槽内波长为1.21m。其中，T=1s，d=0.20m。同理，现场波长为：L=67.6m2）求实验室的Shield参数。以临界参数为例：波浪水质点近底水平速度的最大值：流体底部质点最大运动幅值为：粗糙高度为：相对粗糙度为： 雷诺数为：故底部摩阻系数按照层流计算：床面剪切应力为：计算泥沙流体参数查图得，理论临界希尔兹参数为：实验计算临界希尔兹参数为：将理论值与实验值比较，可见实验值比理论值略微偏大，但是总体上还是差不多相等。 3）现场计算希尔兹参数：用同样的步骤算到雷诺数Re=相对粗糙度为:故底部摩阻系数按照紊流计算，并且可以用swart公式算：故此处泥沙开始起动。其他数据计算结果如下表。三）、实验数据及计算表状态H-ave (cm)T (s)Um(cm/s)ReAm（cm)Am/dsfwτm(N/）ψm临界起动1.87 1.00 4.75 3160.76 3150.11 0.13 0.13 全面起动3.78 1.00 9.61 12911.53 6370.06 0.26 0.26 形成沙纹5.57 1.00 14.16 28032.25 939 0.04 0.