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我国多高含沙河流,水流含沙量上升后,由于存在大量以粘性泥沙颗粒为骨架的絮网结构,其物理特性、运动特性以及输沙特性等均不再符合牛顿流体运动学规律,而逐渐转变为高含沙水流。关于高含沙水流荷载特性的室内模型试验前人已做过许多,但大部分为高含沙渐变水流试验,因此本文进行的高含沙急变水流试验具有十分重要的工程意义。 本文以高含沙急变水流为研究对象,通过调整水流含沙量以及上游来流条件,观察流态并分析时均压强、脉动压强等荷载特性。主要研究成果及结论如下: (1)研究了孔板高含沙急变水流时均压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在孔板前和远离孔板处较为平稳,在孔板处取得时均压强负压最大值;试验范围内幅值大小随含沙量的增加而增加,最大增幅可达170.10%。 (2)研究了孔板高含沙急变水流脉动压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在孔板前和远离孔板处较为平稳,在孔板后0.5D处取得脉动压强最大值;幅值大小受上游来流条件和含沙量的双重影响,在上游来流条件较强时,试验范围内脉动压强随含沙量的增加而持续增加,最大增幅可达28.35%,在上游来流条件较弱时,脉动压强随含沙量的增加而先增加后减小。 (3)研究了高含沙挑跌流的流态特性。试验结果表明:含沙量的变化对水舌空中流态及水垫塘流态均有较大影响,水舌外缘随含沙量的增加而逐渐趋于光滑,水舌整体摆动幅度也逐渐减小,水垫塘内形成的漩涡的数量和尺度均减小。 (4)研究了高含沙挑跌流时均压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在远离水舌冲击区较为平稳,在水舌冲击区取得最大值;试验范围内幅值大小随含沙量的增加而增加,表孔最大增幅可达74.14%,中孔最大增幅可达44.27%。 (5)研究了高含沙挑跌流脉动压强的沿程分布规律。试验结果表明:其分布规律与清水相同,在远离水舌冲击区较为平稳,在水舌冲击区取得最大值;其幅值大小受上游来流条件和含沙量的双重影响,在上游来流条件较强时,试验范围内脉动压强随含沙量的增加而增加,在上游来流条件较弱时,脉动压强随含沙量的增加而先增加后减小。