[發明專利]基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法

有效

• 申請號: 202011415710.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112798221B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 陳大可;張弛;鄭金海;陳立華;管大為;宋嘉誠
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：包括如下步驟，

1)獲取粘性泥沙床面分散顆粒的代表粒徑d；

2)確定粘性泥沙床面團聚體的表觀密度ρ_a和干密度ρ_da；

3)確定粘性泥沙床面團聚體分形維數D_f；

4)計算粘性泥沙床面團聚體的代表尺寸d_a，計算公式為：

式中：ρ_s為粘性泥沙床面分散顆粒的密度；

5)確定粘性泥沙床面團聚體臨界Shields函數θ_cr0；

6)確定粘性泥沙的粘性系數A；

7)計算粘性泥沙床面的起動切應力τ_cr，計算公式為：

式中：ρ_w為水的密度。

2.根據權利要求1所述的一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：步驟1)中，分散顆粒指泥沙的原始顆粒，代表粒徑d指級配累計頻率等于50％時的粒徑。

3.根據權利要求1所述的一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：步驟2)中，粘性泥沙床面團聚體的表觀密度ρ_a和干密度ρ_da通過實驗室或現場測量確定；無法精確測量時，粘性泥沙床面團聚體的表觀密度ρ_a近似等于床面表觀密度ρ_b，粘性泥沙床面團聚體的干密度ρ_da近似等于床面干密度ρ_d。

4.根據權利要求1所述的一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：步驟3)中所述的粘性泥沙團聚體分形維數D_f在實驗室通過數盒子法或通過測定顆粒分數和泥沙樣品密度獲得。

5.根據權利要求1所述的一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：步驟3)中所述的粘性泥沙團聚體分形維數D_f通過以下公式(3)計算得到，

式中：ρ_s為粘性泥沙床面分散顆粒的密度，取值2650kg/m³；d_*為無量綱初始粒徑，其中，ρ_w為水的密度，ρ_w＝1000kg/m³；g為重力加速度，g＝9.81m/s²；υ為水的運動粘滯系數，υ＝1.006×10^-6m²/s。

6.根據權利要求1所述的一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：步驟5)中θ_cr0在數值上等于粒徑為d_a、顆粒密度為ρ_a的無粘性泥沙的臨界Shields數，根據公式(4)確定，公式(4)為Soulsby和Whitehouse(1997)公式，

式中：D_*為粒徑等于d_a、顆粒密度等于ρ_a的無粘性泥沙所對應的無量綱粒徑，其中，ρ_w為水的密度，ρ_w＝1000kg/m³；g為重力加速度，g＝9.81m/s²；υ為水的運動粘滯系數，υ＝1.006×10^-6m²/s。

7.根據權利要求1所述的一種基于成團起動機理的粘性泥沙床面起動切應力計算方法，其特征在于：步驟6)中粘性系數A是泥沙本身和水環境的函數，對于由無粘性礦物組成的粉沙，A的取值范圍為2.63×10-6J～9.00×10-6J；對于有機物含量較少的淤泥，A的取值范圍為1.21×10^-4J～4.94×10^-4J；對于有機物含量在10％～20％范圍的淤泥，A的取值范圍為1.45×10^-3J～4.21×10^-3J。