床面粗糙特性的綜合分析研究.pdf

1、粗糙床面在自然界中廣泛存在，床面粗糙特性與河流動(dòng)力學(xué)中的許多問題（如泥沙起動(dòng)、河床阻力、推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)等）密切相關(guān)，但床面粗糙特性的科學(xué)量化一直是河流動(dòng)力學(xué)的難點(diǎn)，也是目前尚未有效解決而又充滿挑戰(zhàn)的課題。本文在對天然卵礫石床面進(jìn)行深入調(diào)查的基礎(chǔ)上將其分類概化，基于床面激光掃描試驗(yàn)資料，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法和分形幾何理論開展人工鋪制散疊型卵礫石床面粗糙特性研究。取得如下主要研究成果:
　　(1)卵礫石床面高程的中數(shù)、眾數(shù)約等于平均高程;相對

2、高程頻率分布呈負(fù)偏態(tài)、高狹峰，其負(fù)值跨度區(qū)遠(yuǎn)大于正值跨度區(qū)。
　　(2)均勻顆粒床面高程的標(biāo)準(zhǔn)差隨粒徑的增大而增大，可作為均勻顆粒床面粗糙特性的優(yōu)良量化指標(biāo)。
　　(3)卵礫石床面的變異特征與球狀模型最為接近，球狀模型可作為卵礫石床面變異性分析的最優(yōu)模型。
　　(4)卵礫石床面橫縱向剖面輪廓平均變異函數(shù)與床面特征方向平均變異函數(shù)的基臺(tái)值和塊金常數(shù)基本相同，而變程卻存在較大差異。
　　(5)剖面輪廓和粗糙床面的分形

3、尺度區(qū)寬度與床面顆粒中值粒徑d50有關(guān)，上臨界尺度可分別取為(0.5～1.5)d50和(0.8～2.1)d50，平均寬分別約為d50和1.5d50。
　　(6)粗糙床面分形維數(shù)與覆蓋基準(zhǔn)面位置有關(guān)，當(dāng)覆蓋基準(zhǔn)面取平均床面時(shí)，分形維數(shù)取得真實(shí)值，且隨床面變化較為敏感，可有效量化和區(qū)分床面粗糙特征。
　　(7)不同方向剖面輪廓的分形維數(shù)差異較大，剖面輪廓具有不同程度的各向異性;剖面輪廓分形維數(shù)的頻率分布具有雙峰特征。
　　

4、(8)均勻礫石顆粒床面粒徑越大，床面高程標(biāo)準(zhǔn)差越大，偏度越小，分形維數(shù)越小。
　　(9)非均勻卵礫石顆粒床面級(jí)配組成相同時(shí)，中值粒徑越大，分形維數(shù)越小;中值粒徑相同時(shí)，顆粒組成越不均勻，分形維數(shù)越大;床面高程極差、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度（絕對值）和峰度越大，分形維數(shù)越小。
　　(10)床面整體分維隨剖面輪廓分維的增大而增大，數(shù)值上略大于局部分維;粗糙床面分維的變異性明顯小于剖面輪廓分維，兩者異性指數(shù)相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，粗糙床面分維具有良好