珊瑚砂形态对单颗粒沉积物起动特征影响的研究 吴凌云.pdf

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洋环境相对恶劣,热带风暴、台风珊瑚砂形状τw,svτw,nτw,n/τw,sv多发,,[15],风暴、,[16]。,,,平均波周期为10s,。=,,~(图2),整体w,n珊瑚砂起动剪应力受沉积物颗粒密度、粒径来看,珊瑚砂粒径的变化会直接影响波浪在海底的共同影响。为与上一节中计算获得的波致剪应深度引发的剪切应力的大小,波致剪应力的增大力进行对比,本节对颗粒密度为2800kg/m3下各与减小与等容粒径的变化相对应(表2)。形状珊瑚砂的起动剪应力进行初步分析。在这一条件下,基于Dsv=,基于D计算得出的相应cr,~(图2,cr,n表3)。与波致剪应力类似,不同形状珊瑚砂筛分粒径与等容粒径的差异会直接影响珊瑚砂起动剪应力的大小,但粒径差异对起动剪应力阈值差异的影响较大,最大差异出现在针状珊瑚砂条件下,,τcr,n可达τcr,(表3)。-inducedshearstressandshearstressat表3两种粒径对应的起动剪应力及其两者比值thresholdofmotionofdifferentshapesofcoralsandsTable3Shearstressatthresholdofmotionofdifferentshapesofcoralsandsandtheirratio在波致剪应力计算过程中,海底深度波轨道珊瑚砂形状τcr,svτcr,nτcr,n/τcr,sv速度的大小主要由风暴期间的波浪场条件决定,,,。,,,,:..5长沙理工大学学报(自然科学版)2023年8月为进一步研究密度对珊瑚砂起动剪应力的影响,在密度为2720~2820kg/m3以每20kg/m3为间隔,对珊瑚砂所有形状条件下的Dn进行起动剪应力计算,结果如图3及表4所示。结果表明,由于本研究选取的珊瑚砂密度变化范围较小,密度对珊瑚砂颗粒起动剪应力的影响较小,,~,且密度对针状珊瑚砂的起动剪应力的影响更为显著,而对板状珊瑚砂的影响相对较小。而在相同密度条件下,由于形状差异极大,,~,且珊瑚砂形态对起动剪应力的影density响在其密度越大时作用越明显(表4)。表4不同形状珊瑚砂在不同密度下的起动剪应力Table4Shearstressatthresholdofmotionofdifferentcoralsandsunderdifferentdensity密度(/kg·m-3)珊瑚砂形状τρmax/、、.:τDmax/τDmin为各密度条件下最大粒径与最小粒径计算得出的珊瑚砂起动剪应力值之比。τρmax/τρmin为各粒径条件下最大密度与最小密度计算得出的珊瑚砂起动剪应力值之比。为了比较形状和密度对沉积物起动剪应力的影响程度,本研究对以上计算结果进行了进一步分析,展示了密度变化引起的各形状珊瑚砂剪应力变化(图4a)以及形态变化引起的各密度珊瑚砂剪应力变化(图4b)。结果表明,密度对珊瑚砂起动剪应力的影响显著大于形态造成的粒径差异对起动剪应力的影响,~~。这意味着虽然本研究中选取的密度范围变化较小,使得对起动剪应力的影响不大,但其实际影响程度明显大于形态的,珊瑚砂起动剪应力对珊瑚砂密度的变化更敏感,且针状珊瑚砂对密度的变化最为敏感,板状珊瑚(a)密度变化引起的各形态珊瑚砂起动剪应力的变化砂对密度变化相对不敏感。:..第20卷第4期吴凌云,等:珊瑚砂形态对单颗粒沉积物起动特征影响的研究6表5两种粒径条件下的判断结果及两者比值Table5Thejudgmentresultsundertwoparticlesizeconditionsandtheirratio珊瑚砂形状τratio,svτratio,、、(b)形态变化引起的各密度珊瑚砂起动剪应力的变化图4珊瑚砂起动剪应力对密度、,我们计算了波浪在海底深度产生的扰动力τw以及珊瑚砂的起动剪应力τcr,将两者作比,我们就能够判断风暴期间波浪场是否能对珊瑚砂颗粒造成扰动,当两者比值大于1时,代表波浪能够扰动海底珊瑚砂。为了比较两种粒径图5基于两种粒径计算得出的各结果比值判断结果的差异,,基于D对珊瑚砂水动力特n作比,得到的珊瑚砂沉积动力学比值τratio,sv=τw,sv/征进行的判断结果与珊瑚砂形态密切相关,在珊τcr,sv及τratio,n=τw,n/τcr,n作为判断结果,用于判断两种瑚砂形态为片状、球状、椭球状时,使用传统沉积粒径条件下波浪对沉积物的扰动能力,在典型极公式进行判断较为准确,因为这些形态珊瑚砂的端风浪条件下,珊瑚砂极易受到扰动并发生搬运,等容粒径与筛分粒径差异较小;珊瑚砂形态为板波浪对细粒珊瑚砂的扰动极为明显,能够对50m状、椭板状、厚板状时,使用传统沉积公式会低估水深条件下的细粒珊瑚砂造成扰动,引发的海底波浪对珊瑚砂的扰动能力;珊瑚砂形态为短柱状、剪切应力可达最细珊瑚砂颗粒起动剪应力的3倍厚片状、针状时,会显著高估波浪对珊瑚砂的扰动以上(表5)。能力。这种对波浪扰动能力判断的误差主要取决为进一步研究两种粒径计算方法(考虑珊瑚于形状导致的粒径差异。并且,在图5中可见,大砂形态影响与否),形状对珊瑚砂起动剪应力的影作用时的影响,我们将基于Dsv的判断结果τratio,sv与响程度存在差异,等容粒径D>,起动n基于Dn的判断结果τratio,n作比,得到不同粒径条件剪切应力的差异大于粒径的差异。当D>D时,nsv下判断结果的比值τratio(表5),并结合粒径比值Dra?τ/τ>D/D;当D

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