冰蓋下水流垂向流速分布的試驗(yàn)研究.docx

1、SHYYANYUJIANCE冰蓋下水流垂向流速分布的試驗(yàn)研究劉濤（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院.安徽合肥230009）摘要：冰蓋形成后將顯著改變水流的流動結(jié)構(gòu).根據(jù)實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn).對冰蓋下的水淹垂向流速分布進(jìn)行了試驗(yàn)研究研究結(jié)果表明.相比明流情況.冰蓋F水流的垂向流速分布發(fā)生變化最大流速向水深中部偏移以最大流速線將水流沿水深方向分成兩層.每層大致呈對數(shù)分布.關(guān)鍵詞：冰蓋；模型試驗(yàn)，渡速分布；對數(shù)分布中圖分類號:TV133文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號:1673-5781（2015）03-0370-030引言高寒地區(qū)河流冬季冰蓋的出現(xiàn)顯著改變了水流的流動結(jié)構(gòu).使封凍河道各水力要素變得卜分復(fù)雜.河流邊界

2、條件和水力條件的變化.導(dǎo)致河流阻力和能雖損失的增加.水位和流度關(guān)系也將區(qū)別于明流情況.如此的變化將可能導(dǎo)致凌汛.也將影響冬季渠道的輸水和引水,因此研究封凍河道的水流特性具有互要的理論及實(shí)際意義目前常采用的研究方法是H.A.Einstein提出的按阻力劃分過流斷面的萬法.沿水深方向以最大流速線（點(diǎn)）將流動分成兩層等效明流層.假定上下兩層互不影響.分別只受冰蓋底部和床面粗糙影響.每層流速為對數(shù)分布。-些研究結(jié)果表明.這-方法對確定某些封凍河道阻力是合適的.但對于封凍河道水流流動其他方面的研究是否適合.尚需進(jìn)一步的研究冒。1試驗(yàn)條件試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室直槽中展開完成.其平面布置如圖1所示.水槽長26.68m

3、.自上游至下游共設(shè)有22個斷面.斷面間距為1.2m.水槽寬為0.4m.在620斷面中鋪設(shè)模型冰蓋模擬冰蓋.材料為聚苯乙烯泡沫板。為排除水流不穩(wěn)定的影響.取水槽中間12斷面為記錄觀測斷面。圖1試嗆布宜2冰蓋下垂向流速分布與明流對比冰蓋形成后.水流的邊界條件和水力條件發(fā)生改變.水流的阻力增大.和明流相比.斷面水流速度重新分布。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn).明流條件下的最大流速在河道中心的水面處.而冰蓋下的最大流速偏向河道中心水深處.如圖2所示（試驗(yàn)條件為：水深H=（）.20m.流速V=0.12m/s）。圖3為冰蓋條件與明流條件垂向流速分布的比較可以看出.明流條件下.水流的垂向流速最大值在水面.且隨著水深的增加垂向流速

4、減?。槐w卜，垂向流速最大值偏離水面.向水深中部偏移.試驗(yàn)中由于模型冰蓋的糙率與河床糙率相近.故冰蓋F的最大流速約在中心水深處.垂向流速以最大流速為界將水流沿水深方向分成近似對稱的兩層.且在中心水深附近流速分布較為均勻。天然河流中.由于冰蓋糙率和槽底糙率相對變化較大.因此大多數(shù)水流運(yùn)動也將處于不對稱的狀況13。】。研究表明.流速分布受河床和冰蓋粗糙度相對大小的影響較為級感.最大流速點(diǎn)位置移向糙率收稿日期：2015-04-19；修改日期：2015-04-24作者簡介：劉濤（1993）.男.山東諸城人.合肥工業(yè)大學(xué)硬上生.SHIYANYU.IIANCE相對較小側(cè)。(c)X2Ims./-0.I5m將

5、圖3中的轉(zhuǎn)為對數(shù)坐標(biāo)系下.如圖4所示.可以看出.冰蓋條件下,對數(shù)坐標(biāo)系下的垂向流速分布大致以一0.5一0.75(即47%60%水深范圍內(nèi))為界.ln(z/H)<0.5時.垂向流速分布大致滿足V分布.ln(c/H)>0.75時.垂向流速分布大致滿足隊(duì)分布即水深在小于"水深或大于60%水深時滿足對數(shù)分布.而在47%60%水深范圍內(nèi)流速分布較均勻并不滿足對數(shù)分布。試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)口.5相同.冰蓋下水流的縱向流速在流動核心部分分布較為均勻.但不遵循對數(shù)分布規(guī)圖4對數(shù)坐標(biāo)系下的垂向流速分布滿足對數(shù)分布規(guī)律。3結(jié)論與討論利用實(shí)驗(yàn)室水槽對冰蓋下的流速分布與明流情況進(jìn)行了試驗(yàn)研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)

6、.冰蓋出現(xiàn)后.河道最大流速偏離水流表面.偏向中心水深處在冰蓋糙率與河床糙率相近時.流速分布以最大流速為軸近似呈對稱分布.在流動核心部分.流速分布較為均勻.但并不參考文獻(xiàn)1 王志興.李成振.陳剛.冰著下水流淹速垂向分布規(guī)律研究J.沈FR農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2009.40(4),465-470.2 王軍.封凍河道下流速分布和阻力向地探討J.水科學(xué)進(jìn)展.2005,16(1):28-31.(下轉(zhuǎn)第382頁)SHIYANYUJIANCE桂春陽.等：再生混凝土的SHPB實(shí)驗(yàn)及能量耗散分析圖8各系列試樣Wsrnax隨應(yīng)變率的變化規(guī)律由圖8可以看出.各系列再生混凝土的Wmax均隨應(yīng)變率呈現(xiàn)近似線性增長.反映了高應(yīng)變

7、率卜.試樣損傷破壞更劇烈的特點(diǎn)。但隨骨料替代率的不同.隨應(yīng)變率的變化規(guī)律有所區(qū)別。當(dāng)應(yīng)變率在40/S時.各系列再生混凝七的Wg相差較小.而當(dāng)應(yīng)變率增大時.骨料替代率越大則增長幅度越小。這是由于再生骨料比天然骨料存在較多的缺陷.這種缺陷對于混凝土強(qiáng)度的影響較小.而隨損傷加劇、應(yīng)變率增加而逐步體現(xiàn)。3結(jié)論(1) 再生混凝土具有顯著的應(yīng)變率效應(yīng).其動態(tài)抗壓強(qiáng)度、試樣耗散能均隨應(yīng)變率增加而增加。(2) 再生混凝土試樣的耗散能隨應(yīng)變率基本線性增加.隨骨料替代率增加.耗散能的增長幅度減小.反映了再生骨料的自身缺陷導(dǎo)致試樣在劇烈損傷階段的軟化特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1 張波志.王社良，張博.等.再生混凝土京本力學(xué)性能

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