扰动淤泥与沉积淤泥的流变特性研究论文

《扰动淤泥与沉积淤泥的流变特性研究论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、扰动淤泥与沉积淤泥的流变特性研究论文摘要：为了分析不同沉积状态的淤泥流变特性，本文将淤泥作为线性粘弹性体，提出了根据泥水系统控制方程解答和波浪在泥床上传播时的实测变化规律求取淤泥流变参数的反分析方法，并利用遗传算法分别求解搅匀(扰动)与自然沉积淤泥的流变参数.结果表明，淤泥平均密度相同时，自然沉积淤泥的弹性模量明显大于人工搅匀淤泥的弹性模量，两者的粘性系数随淤泥密度的变化规律也有明显区别，这主要是由于沉积淤泥与搅匀淤泥的内部结构不同所造成的.关键词：自然沉积淤泥扰动淤泥流变特性波浪传播在河口海岸粘性泥沙运动研究中.freel(m=1,…，M)组实验，已知波浪周期T、波

2、高H、水深d1、水密度ρ1、水的粘性系数μ1、泥厚d2、泥密度ρ2,根据实验测量结果可求得复波数kem.假定粘弹性参数已知，则根据式(11)可以求得第m组实验条件下的复波数kcm.由于不存在统一的μe满足所有实验条件下(m=1,…，M)的式(11)，我们构造一个极值问题来确定最具代表性的淤泥流变参数值.令：式中：kcm为μe的函数，则φ最小时的μe值即可认为淤泥作为线性粘弹性体时的代表值.文献5采用有约束的外部惩罚函数方法来反求μe值，存在对初值的依赖性高，最后收敛解难以确定等问题.这里我们采用遗传算法10来求解式(12)，最终得到的μe值与初值无关.1.4遗传算法简

3、介遗传算法是通过模拟生物进化来求解问题空间解的一种方法，在处理极值优化问题时，特别是目标函数具有局部极值或导数不连续时，非常有效.遗传算法的主要思路如下：在求解问题时，遗传算法首先从一定数量的随机解(染色体)即种群出发，开始进行进化计算，种群中第一代的每一个染色体经过一定的遗传操作，如变异、杂交和选择等，形成第二代种群，上述过程重复进行直至得到预定代数的种群，在最后的种群中，可能有一个染色体占有绝对优势，它就代表了所求问题的优化解.近年来遗传算法在各个学科得到了广泛应用10，我们采用了Houck等建立的MATLAB遗传算法工具箱求解了式(12).2实验测量在天津大学海

4、岸工程实验室内的波浪水槽内进行了波浪在搅匀和沉积泥床上的波浪传播实验.实验中的搅匀泥床指的是根据实验所需的淤泥密度，向初始密度比较大的淤泥中配置不同的自来水，进行充分搅拌形成的从泥床表面到泥床底部密度均匀的淤泥床；沉积泥床是把淤泥和水进行充分搅拌，形成密度在1120kg/m2左右的均匀泥水混合液，经过自然沉积不同天数而形成的泥床，本次试验中沉积泥床最少沉积天数为4天，最大沉积天数达53天.实验用泥取自天津新港，关于实验用泥的处理、实验布置及测量方法详见文献8.根据水槽内波高传感器的实验结果可以得到波浪在泥床上传播时的波长和波高指数衰减率，由此便可以求得实测复波数ke，

5、从而反求淤泥粘弹性参数.表1列出了搅匀与沉积泥床上的实验条件.表1搅匀与沉积泥床实验条件3搅匀和沉积淤泥流变特性的比较无论搅匀泥床还是自然沉积泥床，当淤泥密度较大时，波浪在床面上的衰减都很小，通过反分析方法难以合理确定淤泥粘弹性参数，所以对于搅匀和自然沉积淤泥，我们分别采用泥密度在1401kg/m3和1336kg/m3以下的数据来反求淤泥粘弹性参数.图1和图2分别显示了把淤泥作为线性粘弹性体时，根据波浪在泥床上传播的实验结果反求出的搅匀泥床和自然沉积泥床的弹性模量和粘性系数，由此可以近似拟合出搅匀淤泥、自然沉积淤泥的粘弹性参数与密度的关系如下式中：下标m、d表示搅匀淤

6、泥和自然沉积淤泥，拟合曲线分别见图1、2中的实线和虚线.图1搅匀与自然沉积淤泥的弹性模量图2搅匀与自然沉积淤泥的粘性系数根据反求出的不同密度时的粘弹性参数和拟合公式可知，相同平均密度条件下，自然沉积泥床的弹性系数一般比搅匀泥床的弹性系数大4倍以上.由于弹性系数增大，在波浪条件相近时，与搅匀泥床密度接近的自然沉积泥床的运动强度一般比较小，这与水槽实验观测到的现象是吻合的.沉积淤泥与搅匀淤泥相比弹性系数的增大，表明淤泥内在结构的增强，搅匀淤泥结构受到破坏而弹性模量降低，沉积淤泥经过较长时间的压缩变形，淤泥内部结构紧密，因此弹性较大.由图2可知，对于搅匀泥床，其粘性系数随泥

7、密度增大而增大；而对于自然沉积泥床，其粘性系数随泥密度的增大而减小.搅匀淤泥由于结构受到破坏，波浪作用下呈现出较强的运动，密度愈大其内部摩擦愈大，因此呈现粘性系数随密度增大而增大的现象.沉积淤泥粘性系数随淤泥密度增大而减小，表明在波浪作用下泥床内部结构随淤泥密度的增大而愈来愈不易受到破坏，因此愈来愈趋近于完全弹性体.根据大量水槽实验结果，搅匀泥床与自然沉积泥床上的波浪传播特性有明显区别，如对于新港淤泥，搅匀泥床在泥密度为1.34g/cm3左右时波浪衰减率最高；而对于自然沉积泥床，平均泥密度为1.24g/cm3左右时波浪衰减率最高.本文的计算结果说明，