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充沙长管袋抛掷沉降运动的力学研究
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【水利工程测量论文】摘要：本文对充沙长管袋这种新型的筑坝、抢险整治工程材料进行了抛掷沉降运动的力学分析研究与模拟计算。根据充沙长管袋的几何、材料特性，本文分析了管袋沉降机理与沉降速度；在多个小块柔性连接体的假设下，对抛掷在河流中的管袋进行了力学分析与动力学过程的研究，建立了管袋沉降的连续体数学模型。通过合理简化，导出了实用的管袋位移与转角的计算公式。根据管袋抛掷的观测资料，确定了沉降计算的有关参数；针对黄河水流、泥沙特点及现实施工条件进行了多种管袋抛掷沉降的模拟计算，提出了适应黄河丁坝防护的管袋尺寸及位移范围值。
关键词：丁坝 充沙长管袋 沉降速度 位移与转角
(1.华北水利水电学院水利系；2.黄河河南河务局)
作者简介：孙东坡(1952-)，男，河南开封人，教授，主要从事河流动力学与环境水利方面的科研与教学工作。
近年河务部门尝试采用将填充泥沙的土工织物长管袋抛掷在丁坝周围，利用其柔性、贴体、防冲的特点，抵抗洪水对丁坝坝体及附近河床的冲刷，达到抢险护坝的目的。有关柔性长管袋抛掷后的力学特性以及管袋在河流中的位移、稳定定位的确定，是河道坝岸工程设计、抢险施工技术遇到的新问题。本文拟就长管袋抛掷沉降的力学过程进行初步的理论分析与模拟计算。
1 管袋抛掷的力学模型
1.1 长管袋的水平作用力 为了便于理论分析，下面将实际工程中采用的长管袋概化为直径d长度L的柔性圆柱体。按水平抛掷管袋法线x与水流方向夹角为β，见图1.此时洪水来流流速υ可以分解为垂直于管袋轴线的x方向和平行于管袋轴线的y方向的分速度υx、υy：
υx=υcosβ, υy=υsinβ
(1)
水流对管袋的作用力F也可分解为垂直和平行于管袋轴线方向的分力Fx、Fy，分别进行研究。在河流中沿管袋轴线的流速分布不均匀，所以取单位长管段研究垂直管袋轴线的水流作用力：
fx=CdγmAd(Δυx)2/2g
(2)
式中：fl——洪水对单位长管段的水平作用力；Cd——管袋绕流阻
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