纵向运动

138

第十章泥沙运动

§10—1海岸泥沙运动

一.海岸泥沙的分类与运移形态

1.按泥沙颗粒大小分级

表10—1泥沙颗粒的分级

2.按泥沙运移形态分类

①悬移质泥沙

在动水中泥沙颗粒处于悬浮状态

②半悬移质泥沙

泥沙沿底部向前移动。

③推移质泥沙

受水流的推动而滚动或滑动。

④流移质泥沙

流动性很大，与液体一样，不能停留在坡面上，称之为流移质。

二、海浪浅水变形

1.平均水位以上半波振幅增加

2.水质点向岸最大流速增加

3.波峰历时减少（水质点向岸流的时间减少）

4.波谷历时增加（水质点离岸流的时间增加）

5.产生海底回流

名称粘土软泥粉土砂砾石卵石漂石块石

粒径

(mm)

0.0050.005-0.010.01-0.050.05-2.02.0-2020-100

100～1000

1000

139

三、沙粒的横向运动和纵向运动

1.海底水质点的流速变化

水质点流速随水深变浅的变化特征：

(1)向岸最大流速比向海最大流速快；

(2)向海流动时间相对较长；

原因：

随水深变浅，波结构发生变化，波峰形状变瘦，波峰历时小于波

谷历时。

2.泥沙横向运动

v2是泥沙悬浮流速

（1）运动分析

ac时间内将向岸移动

df时间内将向海移动

def＞abc，泥沙向海迁移

def＜abc，泥沙向岸移动

abc=def，泥沙在原地振荡

中和线泥沙原地振荡水深点的连线

（2）形成平衡剖面

中和线处形成凹沟，淘深海底；

凹沟以上发生淤积，坡度变缓；

140

凹沟以下发生淤积，坡度变陡；

最终形成平衡剖面。

3.泥沙的纵向运动

（1）在非平衡剖面上

（2）在岸边

（3）泥沙的纵向运动

图中：

TF：波浪在浅滩上的传播路程

PF:波浪的能量，与TF成反比

TF

b

PF

b:比例系数





sin

sin

L

TF

TF

L





141

L

b

L

b

TF

b

PF





sin

sin



使泥沙产生纵向运动的能量

cossincos

L

b

PFFR

对α微分求其极值

令

0)sin(cos22

L

b

d

FRd

有

即：时，泥沙纵向运动的距离最大。

（4）泥沙最大纵向运动速度与浅滩坡度的关系

经过研究认为：浅滩坡度为0.10～0.01时，值约为35°～45°。

坡度为0.023时，α=45°

（5）纵向运动与岸线平直度的关系

岸线是直线，泥沙纵向运动不变；

凹进的海岸，流速减小泥沙淤积；

凸出的海岸，受到冲刷；

cossin45

45

142

§10—2海洋平台基础的底部淘刷

一、沙粒运动的几个阶段

a.层流,颗粒静止；

b.流速↑→紊流，个别颗粒发生周期性震动；

c.流速↑↑→紊流↑→泥沙颗粒与底部失去接触，发生前后移动

二、海底最大流速公式







h

sh

g

Hn

v

4max



n=1.38；H-波高；h-水深；



-波长；

max

v

-海底的最大流速。

三、启动流速公式

50

1

4.0

50

4)()(100698.0gd

d

v

c











50

lg222.0245.0d

m

50

d

＞0.2mm时，

0

m



-组成床面泥沙的最大隙比



-启动时床面泥沙隙比

1



-泥沙密度



-水的密度

50

d

-平均直径

四、应用举例

一个独腿的海洋石油平台，在水深D＝21m的海域坐底作业，试计

算建筑物的基础附近，海底泥沙d

50

＝0.01mm的起动流速。如遇五十

年一遇的设计风暴(H＝9m；λ＝135m；T＝10s)试计算波浪冲刷作

用的最大深度。

解：ε

m

=0.245—0.222lgd

50

=0.689

143



m

如

1

=1.7,ε=0.63

则△ε=0.059

74.1101024.04

711)105.13()

d

(4.064.0

50





利用启动流速公式

50

1

4.0

50

4)()(100698.0gd

d

v

c









72.0108.9

1

17.1

71174.10698.05





c

v

m／s

即当波浪底速达到0.72m／s时，底部泥沙开始冲刷。

利用最大流速公式







h

sh

g

Hn

v

4max



2

max

224

v

gHnh

sh











2

22

72.0135

938.157.12





gh

sh





h=52.75（m）

五、防止海洋平台基础的底部淘刷的方法

1.用覆盖物来保护原来的海底

①在基础周围投放石子

②在基础周围投放装满砂子、卵石或石块的袋子

③安装裙板

2.减小水流的速度

使用防冲刷网、成层沉积装置等

3.改变水流方向

把水下结构物做成流线型，防止形成旋涡