考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

曹志刚; 王逸伦; 国振; 蔡袁强; 刘海江

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

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考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

曹志刚, 王逸伦, 国振, 蔡袁强, 刘海江

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曹志刚, 王逸伦, 国振, 蔡袁强, 刘海江. 考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究[J]. 水科学进展, 2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

引用本文:

曹志刚, 王逸伦, 国振, 蔡袁强, 刘海江. 考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究[J]. 水科学进展, 2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

CAO Zhigang, WANG Yilun, GUO Zhen, CAI Yuanqiang, LIU Haijiang. Study on the sediment initiation considering the seepage in the swash zone[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

Citation:

CAO Zhigang, WANG Yilun, GUO Zhen, CAI Yuanqiang, LIU Haijiang. Study on the sediment initiation considering the seepage in the swash zone[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

曹志刚^1,2,
王逸伦^1,2,
国振^1,2,
蔡袁强^1,2,
刘海江^1,2

1.
浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心, 浙江杭州 310058;
2.
浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室, 浙江杭州 310058

基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFC0800200）；国家自然科学基金资助项目（51578500）

详细信息

作者简介:
曹志刚(1983-),男,湖南郴州人,副教授,博士,主要从事土动力学、海洋岩土工程方面研究。E-mail:caozhigang2011@zju.edu.cn

中图分类号: TV142

Study on the sediment initiation considering the seepage in the swash zone

1.
Rearch Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;
2.
Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Minstry of Education, Hangzhou 310058, China

Funds: The study is financially supported by the National Key R&D Program of China(No.2016YFC0800200)and the National Natural Science Foundation of China(No.51578500).

摘要: 为揭示内部渗流对海岸冲流带泥沙起动的影响，系统地开展了斜坡海床冲流特性与泥沙起动机理研究。通过室内水槽开展了孤立波在可渗透和不可渗透斜坡海床上的冲流试验，测试了冲流过程中波高、波速等变化规律；建立了渗透海床冲流数值模型并通过试验结果进行验证；深入分析了床面渗流对其波浪流场动态特征以及床面泥沙起动的影响机理。研究表明，床面渗流作用加剧波浪的不对称性，在波浪上冲过程中因床面强入渗作用而增大了床面切应力；回流过程因入渗所造成流量损失而导致床面切应力减小。床面渗流引起床面颗粒有效重度和切应力变化而导致泥沙希尔兹数大大增加，加剧了泥沙起动现象，且床面切应力改变是引起泥沙希尔兹数变化的主要因素。
- 冲流带 /
- 渗流作用 /
- 泥沙起动 /
- 水槽试验
Abstract: In order to reveal the effects of seepage on the sediment initiation in swash zone,the experimental and numerical studies were performed in this paper. Firstly,the experiments of solitary wave run-up over permeable and impermeable slope was carried out in an indoor flume,the wave height and flow velocity were measured. Secondly,corresponding numerical simulations were performed and validated by the flume test results. Finally,the influence of seepage on the hydrodynamics in the swash zone and sediment initiation were assessed. The test results show that the asymmetry of wave becomes obvious under the effect of seepage. Strong infiltration during uprush increases the shear stress on the seabed surface,and wave downrush leads to the reduction of seabed shear stress due to the flow loss. It is also found that the seepage changes the effective weight as well as the shear stress of seabed soil particles,which leads to the variations of Shields parameter and greatly increase instability of sediment particles. The change of shear stress over permeable slope is the main reason for the Shields parameter variation of seabed particles. This study can provide guidance for the assessment and treatment of sediment transport in the swash zone.
- swash zone /
- seepage effect /
- sediment initiation /
- flume experiment

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[2]	李涛, 邹健, 张俊华, 王子路, 马怀宝. 拟焦沙模拟低含沙量异重流运动初步分析 . 水科学进展, 2018, 29(6): 858-864. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.011
[3]	余明辉, 陈曦, 魏红艳, 胡呈维, 吴松柏. 不同近岸河床组成情况下岸坡崩塌试验 . 水科学进展, 2016, 27(2): 176-185. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.002
[4]	许琳娟, 曹文洪, 刘春晶. 非均匀沙运动特性试验 . 水科学进展, 2016, 27(6): 841-848. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.06.006
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[6]	余明辉, 郭晓. 崩塌体水力输移与塌岸淤床交互影响试验 . 水科学进展, 2014, 25(5): 677-683.
[7]	陈孝兵, 赵坚, 李英玉, 陈力. 床面形态驱动下潜流交换试验 . 水科学进展, 2014, 25(6): 835-841.
[8]	李寿千, 陆永军, 左利钦, 黄伟昊, 陆彦. 波浪及波流边界层泥沙起动规律 . 水科学进展, 2014, 25(1): 106-114.
[9]	付旭辉, 杨胜发. 卵砾石沙波临界水流条件的水槽试验 . 水科学进展, 2013, 24(3): 379-385.
[10]	林俊强, 严忠民, 夏继红. 微弯河岸沿线扰动压强分布特性试验 . 水科学进展, 2013, 24(6): 855-860.
[11]	余明辉, 申康, 吴松柏, 魏红艳. 水力冲刷过程中塌岸淤床交互影响试验 . 水科学进展, 2013, 24(5): 675-682.
[12]	林俊强, 严忠民, 夏继红. 弯曲河岸侧向潜流交换试验 . 水科学进展, 2013, 24(1): 118-124.
[13]	李寿千, 陆永军, 左利钦, 黄伟昊, 陆彦. 单向流边界层泥沙起动规律 . 水科学进展, 2013, 24(6): 821-829.
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考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心, 浙江杭州 310058;

2. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室, 浙江杭州 310058

基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFC0800200）；国家自然科学基金资助项目（51578500）

作者简介:
曹志刚(1983-),男,湖南郴州人,副教授,博士,主要从事土动力学、海洋岩土工程方面研究。E-mail:caozhigang2011@zju.edu.cn

收稿日期: 2018-12-20
刊出日期: 2019-08-25

中图分类号: TV142

关键词:

冲流带 /

渗流作用 /

泥沙起动 /

水槽试验

摘要: 为揭示内部渗流对海岸冲流带泥沙起动的影响，系统地开展了斜坡海床冲流特性与泥沙起动机理研究。通过室内水槽开展了孤立波在可渗透和不可渗透斜坡海床上的冲流试验，测试了冲流过程中波高、波速等变化规律；建立了渗透海床冲流数值模型并通过试验结果进行验证；深入分析了床面渗流对其波浪流场动态特征以及床面泥沙起动的影响机理。研究表明，床面渗流作用加剧波浪的不对称性，在波浪上冲过程中因床面强入渗作用而增大了床面切应力；回流过程因入渗所造成流量损失而导致床面切应力减小。床面渗流引起床面颗粒有效重度和切应力变化而导致泥沙希尔兹数大大增加，加剧了泥沙起动现象，且床面切应力改变是引起泥沙希尔兹数变化的主要因素。

English Abstract

Study on the sediment initiation considering the seepage in the swash zone

1. Rearch Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;

2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Minstry of Education, Hangzhou 310058, China

Funds: The study is financially supported by the National Key R&D Program of China(No.2016YFC0800200)and the National Natural Science Foundation of China(No.51578500).

Received Date: 2018-12-20
Publish Date: 2019-08-25

Keywords:

Abstract: In order to reveal the effects of seepage on the sediment initiation in swash zone,the experimental and numerical studies were performed in this paper. Firstly,the experiments of solitary wave run-up over permeable and impermeable slope was carried out in an indoor flume,the wave height and flow velocity were measured. Secondly,corresponding numerical simulations were performed and validated by the flume test results. Finally,the influence of seepage on the hydrodynamics in the swash zone and sediment initiation were assessed. The test results show that the asymmetry of wave becomes obvious under the effect of seepage. Strong infiltration during uprush increases the shear stress on the seabed surface,and wave downrush leads to the reduction of seabed shear stress due to the flow loss. It is also found that the seepage changes the effective weight as well as the shear stress of seabed soil particles,which leads to the variations of Shields parameter and greatly increase instability of sediment particles. The change of shear stress over permeable slope is the main reason for the Shields parameter variation of seabed particles. This study can provide guidance for the assessment and treatment of sediment transport in the swash zone.

曹志刚, 王逸伦, 国振, 蔡袁强, 刘海江. 考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究[J]. 水科学进展, 2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

引用本文:

曹志刚, 王逸伦, 国振, 蔡袁强, 刘海江. 考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究[J]. 水科学进展, 2019, 30(4): 568-580. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

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考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

作者简介: 曹志刚(1983-),男,湖南郴州人,副教授,博士,主要从事土动力学、海洋岩土工程方面研究。E-mail:caozhigang2011@zju.edu.cn

Study on the sediment initiation considering the seepage in the swash zone

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出版历程

考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.012

1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心, 浙江杭州 310058; 2. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室, 浙江杭州 310058

作者简介: 曹志刚(1983-),男,湖南郴州人,副教授,博士,主要从事土动力学、海洋岩土工程方面研究。E-mail:caozhigang2011@zju.edu.cn

English Abstract

Study on the sediment initiation considering the seepage in the swash zone

1. Rearch Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Minstry of Education, Hangzhou 310058, China

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作者简介:
曹志刚(1983-),男,湖南郴州人,副教授,博士,主要从事土动力学、海洋岩土工程方面研究。E-mail:caozhigang2011@zju.edu.cn

1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心, 浙江杭州 310058;

2. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室, 浙江杭州 310058

作者简介:
曹志刚(1983-),男,湖南郴州人,副教授,博士,主要从事土动力学、海洋岩土工程方面研究。E-mail:caozhigang2011@zju.edu.cn

1. Rearch Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;

2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Minstry of Education, Hangzhou 310058, China