[发明专利]基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法

权利要求书

1.一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)获取粘性泥沙床面分散颗粒的代表粒径d；

2)确定粘性泥沙床面团聚体的表观密度ρ_a和干密度ρ_da；

3)确定粘性泥沙床面团聚体分形维数D_f；

4)计算粘性泥沙床面团聚体的代表尺寸d_a，计算公式为：

式中：ρ_s为粘性泥沙床面分散颗粒的密度；

5)确定粘性泥沙床面团聚体临界Shields函数θ_cr0；

6)确定粘性泥沙的粘性系数A；

7)计算粘性泥沙床面的起动切应力τ_cr，计算公式为：

式中：ρ_w为水的密度。

2.根据权利要求1所述的一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：步骤1)中，分散颗粒指泥沙的原始颗粒，代表粒径d指级配累计频率等于50％时的粒径。

3.根据权利要求1所述的一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：步骤2)中，粘性泥沙床面团聚体的表观密度ρ_a和干密度ρ_da通过实验室或现场测量确定；无法精确测量时，粘性泥沙床面团聚体的表观密度ρ_a近似等于床面表观密度ρ_b，粘性泥沙床面团聚体的干密度ρ_da近似等于床面干密度ρ_d。

4.根据权利要求1所述的一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：步骤3)中所述的粘性泥沙团聚体分形维数D_f在实验室通过数盒子法或通过测定颗粒分数和泥沙样品密度获得。

5.根据权利要求1所述的一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：步骤3)中所述的粘性泥沙团聚体分形维数D_f通过以下公式(3)计算得到，

式中：ρ_s为粘性泥沙床面分散颗粒的密度，取值2650kg/m³；d_*为无量纲初始粒径，其中，ρ_w为水的密度，ρ_w＝1000kg/m³；g为重力加速度，g＝9.81m/s²；υ为水的运动粘滞系数，υ＝1.006×10^-6m²/s。

6.根据权利要求1所述的一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：步骤5)中θ_cr0在数值上等于粒径为d_a、颗粒密度为ρ_a的无粘性泥沙的临界Shields数，根据公式(4)确定，公式(4)为Soulsby和Whitehouse(1997)公式，

式中：D_*为粒径等于d_a、颗粒密度等于ρ_a的无粘性泥沙所对应的无量纲粒径，其中，ρ_w为水的密度，ρ_w＝1000kg/m³；g为重力加速度，g＝9.81m/s²；υ为水的运动粘滞系数，υ＝1.006×10^-6m²/s。

7.根据权利要求1所述的一种基于成团起动机理的粘性泥沙床面起动切应力计算方法，其特征在于：步骤6)中粘性系数A是泥沙本身和水环境的函数，对于由无粘性矿物组成的粉沙，A的取值范围为2.63×10-6J～9.00×10-6J；对于有机物含量较少的淤泥，A的取值范围为1.21×10^-4J～4.94×10^-4J；对于有机物含量在10％～20％范围的淤泥，A的取值范围为1.45×10^-3J～4.21×10^-3J。