沙袋在水流中的沉速落距.pdf

泥 沙 研 究 年 月 第 期 沙袋在水流中的沉速 落距 应 强 张幸农 李 伟 河海大学 江苏南京 南京水利科学研究院 江苏南京 摘要 沙袋在水面抛放后 受重力和水流阻力的作用 在向水下沉降的同时 还产生顺水流方向的落距 本文 通过对水槽中沙袋沉降过程的观察 结合对沙袋运动过程中的受力分析 建立并推导了沙袋沉速运动方程 此 方程包括了沉降开始时的加速阶段和达到平衡后的匀速阶段 对于沙袋来说 加速阶段的时间很短 建立了 沙袋落距的微分方程 推导了均匀流速分布下沙袋落距的表达式 此公式可以简化为与现有公式一致的形式 通过实测资料 确定了公式中的系数 关键词 沙袋 沉速 落距 中图分类号 文献标识码 文章编号 前言 随着现代化工业的发展 采用化学合成物编织袋内灌注当地沙取代传统的建筑材料 石料的方 法 由于具有减少运费 节省投资等明显的经济效益 同时还具有保护环境等功能 因此得到愈来愈广 的应用 但作为新型整治材料的沙袋坝 也有许多问题需要研究 本文只讨论沙袋在水流中的沉速 落距的问题 在水槽中进行了沉速 落距试验 量测沙袋在水中的落距 同时还采用和畅洲左汊沙袋的现场抛投 试验成果以及实际施工中实测的资料 作为本文研究的验证和确定系数用 沙袋的沉速 沙袋在水流中的受力分析 沙袋下沉时的有效重力 式中 为沙袋容重 它与沙袋的充填材料 充填的密实程度等因素有关 分别为沙清水的容重 分别为沙袋的宽度和高度 为将整个沙袋当成椭圆形面式计算时的折减系数 上式中的沙袋 假设长度为 横截面积是长轴为 短轴为 椭圆 沙袋受到的水流向上的绕流阻力 实际河流流速较高 较大 沙袋沉降时引起周围水体强烈的扰动 属于强紊动沉降状态 借助于 泥沙沉速的研究成果 沙袋受到的绕流阻力可表示为 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金项目 渐进式崩岸机理及力学机制的研究 批准号 作者简介 应强 男 教授级高工 从事水力学及河流动力学研究 式中 为沙袋沉降绕流阻力系数 为沙袋下沉过程中的阻水面积 为沙袋沉速 为 重力加速度 沙袋的沉速 考虑沙袋水中运动时垂直方向上的受力和运动情况 根据牛顿第二定律 得 式中 为沙袋的质量 为沙袋下沉过程中的加速度 将式 式 及 代入式 可得 解式 得 式中 是主要反映与水流与沙袋的物理特性有关的因子 是主要反 映与沙袋的尺寸 形状有关的因子 为积分常数 根据水面的初始状态 代入式 可以得 出 则式 可以写为 由式 可知 当 时 由 可知 得 ? 此则为均匀沉降时的沉 速 记为 有 式中 为系数 与垂直绕流阻力系数 沙袋沉降状态等状态有关 根据水槽中沙袋 沙袋横截面 为椭圆形 试验的实测资料反求得出的 彭成山等 根据由实测资料 沙袋横截面为圆形 确定 变化范围为 取 ? ? 由 可以得出 ?? 同时 时 可得出 ? 将式 写成沉速的显式方程 结合式 可得 根据长江和畅洲水下抛投沙袋的设计 沙袋直径尺寸在 之间 黄河沙袋的直径尺寸为 为了研究不同沙袋直径 和不同 的影响 进行了单因素影响的研究 当保持