剪切載荷作用下高濃度粘性泥沙流變特性的實驗研究.pdf

1、粘性泥沙運動與變形問題性質(zhì)復(fù)雜，影響因素眾多，且觀測困難，至今仍有很多重要問題尚未突破，亟待獲取更多精確可靠的實驗資料。同時，需從多尺度、多交叉學(xué)科的角度探求粘性泥沙的固有特性及其流動與變形的規(guī)律。為此，本文以流變學(xué)和泥沙運動力學(xué)等理論為基礎(chǔ)，開展了如下主要研究工作：
　　首先，本文研究了高濃度粘性泥沙在穩(wěn)態(tài)剪切載荷作用下的流變特性及其流變行為。主要包括高濃度粘性泥沙固—液兩相態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，低剪切應(yīng)變速率、低剪切應(yīng)變和低剪切應(yīng)力作

2、用下高濃度粘性泥沙的流變響應(yīng)規(guī)律，不同剪切載荷類型、剪切時間、含水量、泥沙粒徑組成對粘性泥沙流變特性的影響規(guī)律，分析討論了Herschel-Bulkley與Carreau流變模型對于高濃度粘性泥沙的適用性，并通過量綱分析得出各模型參數(shù)的計算表達式。
　　其次，研究了振蕩載荷作用下天然高濃度粘性泥沙的流變響應(yīng)規(guī)律。主要包括振蕩載荷作用下天然高濃度粘性泥沙的典型粘彈性流變響應(yīng)規(guī)律，不同振蕩頻率對粘性泥沙粘彈性特性的影響規(guī)律，利用快速傅

3、里葉轉(zhuǎn)換方法著重分析了大應(yīng)變幅值下非線性應(yīng)力波的響應(yīng)規(guī)律，提出了振蕩載荷作用下天然高濃度粘性泥沙的流變模型，進而探討了波浪引起的泥沙流化機理。
　　再次，研究了我國典型淺水平原型湖泊—杭州西湖底床泥沙的分層特性及其流變特性。主要測試了底床泥沙基本特性及其在剪切載荷作用下的流變特性，通過泥沙基本特性及其流變特性分析了西湖底床泥沙的分層特性，計算了波浪剪切力，根據(jù)經(jīng)驗公式計算了泥沙起動拖曳力，并探討了表層泥沙起動時的臨界拖曳力與其屈服

4、應(yīng)力的關(guān)系。
　　最后，對比研究了天然泥沙和人工泥沙在穩(wěn)態(tài)剪切和機械振動載荷下流變特性的變化規(guī)律。利用高級顯微技術(shù)，觀測了粘性泥沙在機械振動載荷作用后的微觀結(jié)構(gòu)變化，分析了振動頻率對高濃度泥沙流變特性的影響，并初步探討了機械振動載荷引起高濃度粘性泥沙流化在泥沙相關(guān)工程中的潛在應(yīng)用。
　　主要創(chuàng)新如下：
　?。?）揭示了高濃度粘性泥沙在穩(wěn)態(tài)剪切載荷作用下固—液兩相態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，獲得了低剪切載荷作用下高濃度粘性泥沙的流變響

5、應(yīng)規(guī)律，獲得了Herschel-Bulkley模型與Carreau流變模型描述高濃度粘性泥沙流動行為的模型參數(shù)計算表達式。
　?。?）獲得了大應(yīng)變幅值下非線性應(yīng)力波的響應(yīng)規(guī)律，提出了振蕩載荷作用下天然高濃度粘性泥沙的流變模型，并從泥沙流變學(xué)的角度揭示了波浪引起的泥沙流化機理。
　　（3）進一步證明了表層泥沙的屈服應(yīng)力與起動時的臨界起動拖曳力密切相關(guān)，揭示了泥沙流變特性對粘性泥沙運動的重要性。
　　本文的研究結(jié)果為研究高