細(xì)粒土剪切界面摩擦力實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、泥沙運(yùn)動(dòng)可能造成河道和水庫(kù)的累積淤積，給水利水電工程建設(shè)帶來了許多問題，同時(shí)河口海岸的泥沙問題還涉及海港和航道淤積、海岸防護(hù)、樁基的穩(wěn)定性、海底電纜的完整性、景觀沙的流失以及海岸線規(guī)劃、整治等問題，因此泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究具有重要意義。
　　泥沙起動(dòng)是泥沙動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)課題，也是認(rèn)識(shí)泥沙運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。目前建立的泥沙起動(dòng)公式可歸結(jié)為三種基本類型，即分別為起動(dòng)流速、起動(dòng)功率、起動(dòng)切應(yīng)力公式。但許多公式都只是從單個(gè)泥沙顆粒的起動(dòng)出發(fā)，且在

2、推導(dǎo)過程中為使問題簡(jiǎn)單化，通常用一些假設(shè)條件，其中至少包括兩個(gè)以上的特征系數(shù)，這些系數(shù)又大多是根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算得來的，因此這些公式都具有半理論、半經(jīng)驗(yàn)的性質(zhì)，在實(shí)際使用中不容易根據(jù)實(shí)際情況確定,對(duì)于泥沙以層移形式運(yùn)動(dòng)情況下的起動(dòng)與停積問題，前述方法還沒有給出解決方法，因此有必要設(shè)計(jì)一種可以直接研究層移質(zhì)泥沙起動(dòng)與停積問題的實(shí)驗(yàn)方法，使得泥沙起動(dòng)問題的研究更為方便。
　　本文針對(duì)泥沙的層移質(zhì)運(yùn)動(dòng)問題設(shè)計(jì)了土體剪切界面摩擦力測(cè)定裝

3、置，該裝置分為上下兩個(gè)剪切盒，可以盛裝不同的土體來模擬海床的不同土層，同時(shí)克服了直剪儀中沿固定剪切面破壞的不足，上剪切盒沒有被固定，土體可以沿著自由面破壞，可以用來模擬海底表層土體處于無約束狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度，能夠測(cè)得兩層土體之間的破壞剪切力和運(yùn)動(dòng)摩擦力，將破壞剪切力作為層移泥沙起動(dòng)的判據(jù)，將運(yùn)動(dòng)摩擦力作為層移泥沙停積的判據(jù)，從而為不均質(zhì)層泥沙的成層起動(dòng)和沉積問題的研究提供一種新的研究方法。
　　本文主要介紹了設(shè)計(jì)的土體剪切界面摩擦

4、力測(cè)定裝置，并將相同條件下該裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與直剪儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比，分析土體沿固定剪切面破壞和沿自由面破壞下的抗剪強(qiáng)度的差異；應(yīng)用設(shè)計(jì)的界面剪切力測(cè)定裝置研究了粘粒含量對(duì)成層土體破壞剪切力和運(yùn)動(dòng)摩擦力的影響，并結(jié)合土體微觀結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明土體破壞剪切力、運(yùn)動(dòng)摩擦力和土體的粘粒含量密切相關(guān)，但隨粘粒含量增加，土體的破壞剪切力和運(yùn)動(dòng)摩擦力并不是單純地呈單調(diào)遞增或單調(diào)遞減關(guān)系，而是在某個(gè)粘粒含量時(shí)取得極大值，并向兩側(cè)遞減；當(dāng)下

5、剪切盒內(nèi)土體的粘粒含量為15％、含水率為30%以及上剪切盒內(nèi)土體的粘粒含量為9%保持不變時(shí)，隨上剪切盒內(nèi)土體含水率的增加，成層土體的破壞剪切力和運(yùn)動(dòng)摩擦力隨含水率的增加而降低；對(duì)于相同的土體，剪切速率越大，得到的土體的破壞剪切力越大，而土體層間運(yùn)動(dòng)摩擦力相差不大。
　　同時(shí)，應(yīng)用測(cè)定的土體破壞剪切力和運(yùn)動(dòng)摩擦力結(jié)果，根據(jù)瓊森提出的海底床面切應(yīng)力公式，對(duì)一定海況下的泥沙起動(dòng)和沉積情況進(jìn)行了分析，為以后泥沙起動(dòng)問題的研究提供了一種研究