Unified model of sediment transport threshold and rate across weak and intense subaqueous bedload, windblown sand, and windblown snow
非悬浮泥沙输移是指水流紊动不足以支持输移颗粒重量的泥沙输移过程。它发生在河流环境中（即，由液体流驱动）和在风成环境中（即，风吹），并在塑造行星体的沉积景观方面发挥着关键作用。NST是一个高度波动的物理过程，因为湍流，表面的不均匀性，以及晶粒尺寸和形状和包装几何形状的变化。此外，输送颗粒的能量变化强烈，由于其流动暴露时间的变化，因为他们从床夹带。尽管这样的变化，我们在这里提出了一个确定性的模型，表示整个晶粒运动，包括滚动和/或沿床滑动的晶粒，由一个周期性的跳跃运动与反弹的法律，描述了一个平均反弹的晶粒碰撞后与床。该模型同时捕获实验室和现场测量和离散元法（DEM）为基础的数值模拟的阈值和平衡NST率的一个因素约为2，统一弱和强的运输条件下，油，水和空气（油只为阈值）。模型参数尚未根据这些测量值进行调整，而是根据独立的数据集确定的。最近基于DEM的数值模拟（Comola，Gaume等人，2019年，https：//doi.org/10.1029/2019GL082195）表明，地球上的平衡风成NST对床颗粒之间的内聚键强度不敏感。一致的，该模型捕捉粘性风沙和风吹雪的条件下，尽管没有明确考虑凝聚力。
2021-05-22 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.geo-ph
Bed load proppant transport during slickwater hydraulic fracturing: insights from comparisons between published laboratory data and correlations for sediment and pipeline slurry transport
本文通过比较已发表实验室数据与河流沉积物及管道浆体输运相关性公式，评估床载输运在水力压裂支撑剂运移中的作用，发现其仅在实验室尺度显著，现场尺度可忽略。
2016-11-12 physics.geo-ph
Sediment Micromechanics in Sheet Flows Induced by Asymmetric Waves: A CFD-DEM Study
了解振荡流中的沉积物输运对于调查沿海地区的总体沉积物预算至关重要。在工程应用中，海岸线形态变化的预测是至关重要的。由于振荡流中的泥沙输运是稠密的颗粒流，因此颗粒相互作用的适当建模是至关重要的。虽然传统的双流体方法已被应用于振荡流中泥沙输移的研究，但这些方法没有解决颗粒之间的相互作用。振荡水流中泥沙运动的颗粒分辨模型和泥沙颗粒的细观力学研究还很缺乏。在这项工作中，一个并行的CFD-DEM求解器，可以解决颗粒间的碰撞被应用于研究泥沙颗粒在振荡流中的细观力学。利用粗砂和中砂的试验数据对CFD-DEM求解器的计算结果进行了验证。与试验结果的比较表明，用该模型计算的流速、输沙通量和净输沙率是令人满意的。此外，详细介绍了沉积床的微观力学量，包括Voronoi浓度、配位数和颗粒相互作用力。结果表明，这些细观力学量在振荡周期的不同阶段的变化是显着的，这是由于不同的床的响应。为了研究沉积物床的结构特性，Voronoi体积分数和配位数的相关性进行了比较，从流化床模拟的结果。结果表明，尽管流态不同，但输沙和流化床的微观结构相似。
2016-05-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Cessation Threshold of Nonsuspended Sediment Transport Across Aeolian and Fluvial Environments
使用颗粒尺度模拟的非悬浮泥沙运输大范围的牛頓流体驱动的运输，包括空气和水，我们确定散装运输停止阈值$Θ^r_t$外推的运输负荷作为一个函数的无量纲流体剪切应力（“盾数”）$Θ$的消失运输限制。在此极限下，连续输送的模拟恒定状态可由简单的解析模式方程描述，该方程将平均输送层特性与壁面流速分布的规律相关联。我们使用这个模型来计算任意环境下的$Θ^r_t$，并推导出一个一般的Shields的阈值图，其中的Stokes数代替粒子雷诺数。尽管我们的流体动力学描述的简单，预测的停止阈值，无论是从模拟和解析模式，定量同意在空气中的运输和粘性和湍流液体的测量，尽管不适合这些测量。我们解释的解析模式作为一个连续的反弹运动的输送颗粒的描述，因此$Θ^r_t$作为最小的流体剪切应力需要补偿输送颗粒的平均能量损失在床面的平均反弹。这种解释得到了$Θ^r_t$附近模拟的支持，这意味着需要夹带机制来维持$Θ^r_t$以上的运输。虽然夹带湍流事件维持间歇性运输，夹带颗粒床的影响维持连续运输。结合Valyrakis等人提出的起动临界能量准则，提出了泥沙输移阻力的新概念。
2018-07-30 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.geo-ph
Particle dynamics in self-generated dunes over a range of hydraulic and sediment transport conditions using LES--DEM
在野外和实验室中，直接测量移动砂质底形上的垂直和纵向泥沙通量是极其困难的。在这项研究中，我们使用的LES-DEM（大涡模拟-离散元法）求解器SediFoam检查单个粒子的运动和产生的通量在一个域的自生沙丘。在SediFoam中，解决了沉积物颗粒的运动和碰撞以及它们与周围湍流的相互作用。数值模拟进行了一系列的运输设置，通过冲刷条件跨越床型成立，检查单个粒子的动力学。沙丘表面的时空演变进行了论证。自生沙丘在相对较低的雷诺数下是稳定的，但随后在较高的雷诺数下变得越来越不稳定;最终随着旁路颗粒和悬浮悬浮颗粒物数量的增加而被冲刷掉。从模拟的数据被用来检查颗粒的垂直夹带率和总泥沙负荷的分馏成床和悬浮分数作为运输条件的函数。研究还比较了输沙率使用床面形状的几何形状和celebrity的真实输沙率在不同的运输阶段。
2018-03-14 physics.comp-ph physics.geo-ph
The effect of grain size on erosion and entrainment in dry granular flows
地球物理流对下伏可蚀物质的夹带可以显著增加流动质量并增加最终沉积范围。流动物质和可侵蚀基质的颗粒尺寸影响卷吸机制并决定整体流动动力学。本文研究这些机制的实验研究，考虑在一个可侵蚀的床使用不同的颗粒尺寸组合的来流和基层在实验室规模的倾斜水槽的颗粒流量。动态x射线照相被用来捕捉流动-可侵蚀床界面的动态。实验发现，最大下坡速度取决于流动颗粒尺寸与床层颗粒尺寸之间的比率，比率越高，速度越快。两种技术，然后应用于估计不断变化的侵蚀深度：一个既定的临界速度的方法，和一种新的基于颗粒尺寸的方法。侵蚀率估计从这两种方法。有趣的是，这两个比率表达了不同和矛盾的结论。在基于临界流速的速率估计中，归一化的侵蚀速率随着流床粒度比的增加而增加，而基于颗粒尺寸的方法估计的侵蚀速率发现相反的趋势。我们通过考虑这两种测量方法的物理解释来合理化这种差异，并深入了解未来如何进行建模以适应这两种互补措施。本文强调了侵蚀速率如何完全取决于估计侵蚀深度的方法和测量技术的选择。
2021-08-27 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Development of bed forms due to waves blocked by a counter current
本文在实验室水槽中进行了有泥沙床单向流中表面波传播的实验研究。本文介绍了由适当调节的均匀流体流和反向传播的波的阻波现象引起的床面形状的空间变化。波阻塞的发生确认通过找到一个临界波频率在一个特定的流量流量，其中波被有效地阻止，并建立使用线性色散关系。这项工作的新颖之处在于确定波浪阻塞及其对沉积物床面形状发展的影响。有趣的床形签名观察在过渡的床形在三个区域，与不对称的波纹具有较陡的斜率下游面引起的来流，其次是平坦的沙坝下的波阻区和更对称的波纹下的波占主导地位的区域在下游。这种现象表明，沉积物床被分割成三个不同的区域床的几何形状沿流动。通过数值模拟，给出了非均匀流中由于波阻现象引起的平均流、雷诺应力、紊动动能和功率谱密度的变化。文中还讨论了底切应力、床面粗糙度和床面形状的随机性。这些结果对于关心现代过程的工程师和地球科学家以及那些对从化石床形式解释古环境条件感兴趣的人都有意义。
2018-12-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Bed form-induced hyporheic exchange and geochemical hotspots
小尺度的床形地形控制着水生沉积物中的潜流交换和生态地球化学过程，最终影响流域尺度的水质和养分循环。三维（3D）和小规模的床形态地形的影响，在本工作中的潜流交换和溶质混合的影响进行了研究。床形式形态对反应速率提高的区域（即，热点）也进行了研究。一个计算流体动力学模型，以模拟河流过床形式相结合的地下流和多组分反应性溶质运移模型。通过改变控制曲率以及床形波长和振幅的参数，使用几何模型生成各种各样的床形地形。研究结果表明，床面形状对沉积物-水界面压力分布有很大影响。床形式形状的较高相移导致总体较高的平均速度、较大的压力和反应速率增强区以及较高的溶质交换量。此外，床的形式形状控制反应过程中的广泛的沉积物的电导率。这项研究推进了复杂的和小规模的形态特征对潜流交换过程的影响的理解。
2020-11-04 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Soil granular dynamics on-a-chip: fluidization inception under scrutiny
预测快速和缓慢的土壤演变仍然是一个科学挑战。这一过程涉及到对无序颗粒物质和稠密悬浮动力学知之甚少的方面。本研究提出了一种新的二维实验上的小规模芯片结构，这使得在大颗粒沉积物床的颗粒尺度的变形的观察，在摩擦力占主导地位的条件下，凝聚力和热力，并与施加的流体流动。实验在跨越颗粒再悬浮标准的条件下进行，并检测和分析颗粒的运动。空隙尺寸人口和统计的颗粒轨迹带来洞察附近的流化条件下的沉积动力学。具体而言，颗粒重排和净床压实观察流量显着低于不稳定增长的标准。在一个门槛之上，形成了一个穿过河床的大的垂直通道。在可能发生通道化的流速范围内，观察到压实床和扩张床场景的共存。这项研究的结果提高了我们的能力建模的缓慢动态和最终快速不稳定的沉积床。微流体通道土壤芯片研究开辟了新的研究途径，包括溶解沉淀，细颗粒运输，或微生物游泳和人口增长，这可能取决于多孔介质本身的力学。
2018-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.geo-ph
Flux saturation length of sediment transport
沉积物沿地表的迁移驱动着风蚀和沙丘形成等多种多样的地球物理现象。控制沉积物侵蚀和沉积动态的主要长度尺度是饱和长度$L_\mathrm{s}$，它表征了通量对运输条件变化的响应。在这里，我们首次推导出了不同物理环境下预测$L_\mathrm{s}$作为平均沉积速度的函数的表达式。我们的表达式帐户的泥沙夹带和颗粒和流体速度的饱和度的特性，只有两个物理参数，可以直接从独立的实验估计。我们表明，我们的表达是一致的测量$L_\mathrm{s}$在风成和水下运输制度超过至少五个数量级的流体和颗粒密度的比率，包括在火星上。
2013-11-04 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.ao-ph
Modeling of Breaching Due to Overtopping Flow and Waves Based on Coupled Flow and Sediment Transport
漫顶水流和波浪对土坝或砂坝/沙丘的破坏是一个复杂的过程，具有强烈的非定常水流、高输沙率和快速的河床变化，其中水流和地貌之间的相互作用不容忽视。本研究提出一个深度平均二维水流泥沙耦合模式，探讨有无波浪作用下的水流及溃决过程。在水流连续性方程和动量方程中考虑了河床变化和变流密度对泥沙输移的影响。该模型采用非平衡全量输沙法，并设定不同的休止角来处理非粘性路堤边坡崩塌问题。方程求解采用显式有限体积法在矩形网格上与改进的Godunov型中心迎风格式和非负重建的水深方法来处理附近的混合流决口。通过对两组试验数据的检验，表明该模型能较好地模拟水流特性、床面变化和泥沙输移。然后，它被应用于分析流量和形态的变化，越浪流和无波。若考虑波浪，模拟的河床变化和溃口断面形状有显著差异。无波水流冲刷主要发生在缺口处，初期以垂直冲刷为主，其次为侧向冲刷。在波浪中，水流越过沙丘的整个长度，导致整个长度上的侵蚀更快。初期侵蚀主要发生在上层，随着沙丘高度的降低和流量的增加，侵蚀逐渐加速，这表明波浪模拟结果还需要进一步的物理实验验证。
2015-08-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
On the morphodynamics of a wide class of large-scale meandering rivers: Insights gained by coupling LES with sediment-dynamics
本研究耦合大涡模拟与河床形态动力学，构建了42条蜿蜒河流的高保真水力形态动力学数据库，揭示了弯道冲淤模式随曲率半径与河宽比变化的机制，为河流工程提供数值支持。
2022-06-16 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The role of energetic flow structures on the aeolian transport of sediment and plastic debris
本研究将能量准则从明渠流拓展到低活动性风成输运，通过风洞实验关联含能流动事件与颗粒摇晃、滚动起动，揭示两者具有不同能量阈值，并提出基于事件的理论框架，为模拟粗颗粒间歇蠕移输运和风成床面形态提供新方法。
2024-09-05 physics.ao-ph physics.geo-ph
Linear stability of shallow morphodynamic flows
越来越普遍的是，浅层地表流模型包括下垫面演变（形态动力学）和相关沉积相运动的方程。我们调查这些系统的线性稳定性相当普遍。朴素的配方的形态动力学，具有良好的混合悬移质和床之间的沉积物交换，导致数学不适定的控制方程。这是追溯到一个奇异性的线性化系统在弗劳德数$Fr = 1$，导致无界不稳定增长的短波长扰动。包含被忽略的物理过程可以恢复适定性。湍流动量扩散（涡动粘度）和适当的参数化推移质输沙分别显示在这方面是足够的。然而，我们表明，这种模式通常继承了相关的不稳定性，是从非形态动力学设置缺席。我们的分析的影响被认为是简单的通用关闭，包括拖曳法之间切换流体和颗粒的行为，取决于泥沙浓度。定常形态动力学流分叉成两种状态：稀释流，在低$Fr$下是稳定的，而集中流总是对浓度扰动不稳定。通过计算的增长率的线性模式在一个广泛的区域的参数空间，我们详细研究了具体的模型参数，包括泥沙可蚀性，涡动粘度和推移质通量的选择的影响。这些分析可用于为工程和地球科学业务模型的持续发展提供信息。
2021-03-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
River-bed armoring as a granular segregation phenomenon
砾石河床的表面通常有一层由粗颗粒组成的“装甲”层，它的作用是保护下面的细颗粒免受侵蚀。推移质运动是一种密集的颗粒流，这种流动是已知的垂直分离颗粒。然而，颗粒物理对河床粗化的贡献还没有研究。在这里，我们研究这些连接在一个实验室的河流与双峰沉积物的大小，通过跟踪颗粒的运动从表面到床内深处，并发现装甲的发展有两种不同的机制。近表层的推移质输运驱动快速分离，垂直平流速率与颗粒剪切速率成正比。推移质层下的蠕动颗粒引起缓慢但持久的分离，这是扩散为主，对剪切速率不敏感。我们验证了这些研究结果与连续的唯象模型和离散元方法模拟。我们的研究结果表明，河床装甲颗粒分离从下面-而不是流体驱动的排序从上面-同时也提供了新的见解的力学隔离，相关的范围广泛的颗粒流。
2016-09-21 cond-mat.soft physics.geo-ph
Statistics of bedload transport over steep slopes: Separation of time scales and collective motion
陡坡河流的输沙量在不同的时间尺度上都有较大的波动。这些波动可能是沉积物搬运过程的内部动力所固有的。因此，概率框架似乎适合分析这样一个过程。在这封信中，我们提出了一个实验研究的推移质输运的陡坡水槽小到中等盾数。采样技术允许获取固体排放的高分辨率时间序列。分辨时间范围为$10^{-2}$ s至$10^{5}$ s。我们发现，两个不同的时间尺度可以观察到的概率密度函数的移动粒子之间的等待时间。我们指出，时间尺度的分离与集体动力学有关。导出了包含集体夹带的马尔可夫过程的正确统计量。时间尺度的分离理论上恢复为低夹带率。
2016-11-13 physics.geo-ph stat.AP
A Moment-Based Shallow Water Model for Coupled Bedload-Suspended Load Transport with Variable Density: Hyperbolicity and Numerical Validation
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Peking University（北京大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Ghent University（根特大学）
本文提出双曲浅水Exner时刻模型HSWEMED，通过耦合侵蚀沉积动力学与悬浮沉积物浓度方程，改进了浅水时刻框架，实现了更准确的形态动力学模拟。
2026-10-09 cs.NA math.NA physics.geo-ph
Incipient Motion Criteria for a Rigid Sediment Grain on a Rigid Surface
本文从第一性原理出发，研究了初始静止在刚性表面上的刚体的初始运动准则。提出了一种修正的库仑摩擦模型和相应的反作用力分布。然而，存在着一个令人惊讶的大类别的一般运动，它们赞同更传统的分析;通过识别所谓的"重要反应面“，这种分析成为可能。以这种方式，设计了一个模型，该模型迎合了大多数组合的平移和旋转。一些介绍性的结果表明，流体的数值模拟夹带的目的，可以与准确性。这部作品是同一作者以前作品的延伸。
2001-05-09 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Sediment transport under oscillatory flows
本文描述了模拟泥沙颗粒的无粘性球形颗粒床振荡流的直接数值模拟结果。泥沙颗粒周围的流动显式计算通过使用浸没边界法，它允许的力和扭矩作用在颗粒上进行评估，随着他们的动态。不同的雷诺数和不同的值之间的晶粒尺寸和边界层的厚度的比值被认为是这样的结果是有用的，以量化的海浪产生的泥沙输运在该地区离岸的破碎线。因此，研究结果可用于检验经验输沙公式预测振荡周期输沙率的能力。
2020-09-03 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
A lower-than-expected saltation threshold at Martian pressure and below
在火星和其他地外环境中也观察到风成沉积物的迁移，产生与地球上一样的涟漪和沙丘。寻找行星床形的陆地类似物，以及能够在行星条件下再现其形成的环境模拟实验，是质疑我们对不寻常环境条件的地貌过程的理解的有力途径。在这里，我们进行沉积物运输实验室实验中放置在一个真空室中的闭路风洞，并在极低的压力下运行，以表明火星的条件属于以前未探索的跃移制度。起动跃移所需的临界风速仅由最先进的模型定量预测，直到谷物和空气之间的密度比为$4 \times 10^5$，但对于更高的密度比，却意外地下降到低得多的值。与此相反，冲击波纹，其出现是连续观察到的颗粒床在整个压力范围内的调查，显示的特征波长和传播速度基本上独立于压力。这些研究结果与现有模型的比较表明，在低雷诺数，但高颗粒与流体的密度比的泥沙输运可能占主导地位的集体效应与颗粒碰撞层中的颗粒惯性。
2021-04-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Critical Role of the Boundary Layer Thickness for the Initiation of Aeolian Sediment Transport
在这里，我们提出了一个概念框架，包括湍流的作用，风成沉积物输运开始。在将风剪切应力$τ$增加到阈值$τ^\prime_t$以上时，停留在床表面的颗粒开始在它们的袋中摇摆，因为瞬时风速的最大湍流波动高于其平均值$\overline{u}$引起超过阻力扭矩的流体扭矩。当$τ$稍微进一步增加时，摇摆变成滚动状态（即，滚动阈值$τ_t\simeqτ^\prime_t$），条件是积分时标$T_i\proptoδ/\overline{u}$（其中$δ$是边界层厚度）与夹带所需的时间$T_e\propto\sqrt{d/[(1-1/s)g]}$（其中$d$是颗粒直径，$s$是颗粒-空气密度比）之间的比率足够大。滚动，然后演变成平均风持续的跃移运输，平均风是能够补偿能量损失的颗粒床反弹。然而，当$T_i/T_e$太小时，阈值比缩放为$τ_t/τ^\prime_t\propto{T}_e/T_i\propto{s}d^2/δ^2$，与实验一致。由于$δ/d$控制$T_i/T_e$和湍流风速波动的相对幅度，我们定性预测，在自然大气中的风成沉积物运输可以启动下较弱（可能弱得多）的风比在风洞中，与地球和火星上的间接观测证据一致。
2018-08-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Sediment load determines the shape of rivers
了解河流如何适应它们所携带的沉积物负荷对于预测景观的演变至关重要。然而，目前，没有一个基于物理的模型可靠地捕捉基本的河流属性，如它的形状或坡度，对泥沙排放量的依赖，即使在简单的情况下，实验室河流。在这里，我们展示了如何流体应力和重力之间的平衡作用于沉积物颗粒，随着横流扩散的沉积物，确定的形状和沉积物通量剖面的层流实验室河流携带泥沙作为推移质。使用这个模型，它可靠地再现了实验，没有任何调整，我们证实了假设，最初提出的帕克（1978），河流被限制存在接近泥沙运动的阈值（约20%）。这一界限是由水沙相互作用决定的，与河流的水沙负荷无关。因此，随着总输沙量的增加，河流的输沙量强度（单位宽度的输沙量）达到饱和，河流只能通过加宽来输送更多的泥沙。在这种大流量状态下，水流中动量的横流扩散允许泥沙输运。相反，在弱输运状态下，输沙集中在河流中心附近，而不会显著改变河流形状。如果这一理论适用于自然河流，那么河流的长宽比就可以成为泥沙排放量的替代指标--这一数量在实地测量中是出了名的困难。
2022-03-07 nlin.AO physics.flu-dyn physics.geo-ph
Emergence of wind ripples controlled by mechanics of grain-bed impacts
通过数值模拟和理论模型，揭示撞击波纹波长由颗粒-床面碰撞力学控制，预测多数行星条件下波纹尺寸恒定，高密度大气或大颗粒下逆风传播，可用于推断行星地质环境。
2025-04-30 astro-ph.EP physics.geo-ph
Size-independent susceptibility to transport in aeolian saltation
天然风蚀土壤含有各种粒度的混合物。然而，风成跃移模型通常是由沉积物床面只包含一个单一的颗粒尺寸。尽管如此，对待自然混合床，跃移和相关的尘埃气溶胶排放模型通常简化了风成输运作为一系列的非相互作用的单颗粒大小的床或作为一个床只包含中值或平均粒径。在这里，我们测试这些共同的假设支持风沙运输模型，使用测量的大小分辨跃移通量在三个自然领域的网站。我们发现，在一个单一的共同的阈值风切应力，不同的沙子大小的类经验“平等的敏感性”的跃变，相反的“选择性敏感性”预期治疗的混合床作为多个单一的颗粒大小的床。我们对等磁化率的观察驳斥了通常将跃变简化为一系列不相互作用的单个颗粒大小的观点。使用这种不正确的假设的输沙和粉尘排放模型可以通过使用混合床的单个粒度代表来简化和改进。
2019-04-19 physics.geo-ph
Well-balanced and flexible morphological modeling of swash hydrodynamics and sediment transport
现有的冲刷带的数值模型是相对不灵活的，在处理泥沙输运，由于高度依赖于经验的泥沙输运关系的部署的数值方案。此外，这些模型通常不平衡，这意味着它们无法正确模拟静态流量。本文提出了一种平衡性好、灵活性强的冲刷带形态模型。非线性浅水方程和Exner方程离散的激波捕捉有限体积法，其中的数值通量和床面坡度源项估计的SLIC（斜率有限中心）计划，不依赖于经验输沙关系的平衡版本。通过对静止海岸流的模拟，验证了该方法的良好平衡性。模型在再现关键参数（即，理论岸线位置、冲淤深度、流速、漫顶流量、滩面变化深度和输沙率）与解析解、实验数据和以往的数值解进行了比较，结果令人满意。这项工作有利于改进的模型框架的水动力学和泥沙输运。
2014-12-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
The role of coherent airflow structures on the incipient aeolian entrainment of coarse particles
本文提出基于能量守恒的微观力学模型，结合风洞实验揭示了相干气流扫掠事件对砾石颗粒起始运动的驱动作用，并提出了适用于滚动完全起动的基于功的准则。
2024-06-02 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Evolving basal slip under glaciers and ice streams
许多快速流动的冰川和冰流在由再加工的沉积物和侵蚀产物组成的床上移动，通常被称为冰碛。冰、融水和冰碛物之间复杂的相互作用联系了冰川学中的几个基本问题，包括关于冰盖快速质量损失、冰下地貌的形成和演变以及冰下水的储存和运输的争论。现场测量已经探测了冰下床，但提供了令人惊讶的变量和似乎不一致的证据，变形发生的深度，即使在一个给定的现场。这些观察结果表明，冰下河床具有内在的动态性。本文的目标是推进我们的理解的物理过程，有助于冰下床的动力学反映在现有的观测基础变形。我们建立在最近的进展，在模拟密集，颗粒流推导出一个新的数值模型，水饱和的直到。我们的模型表明，在力平衡或水压力的时间变化的变化可以转移滑远离冰床界面和远到床，导致情节显着增强直到运输，因为整个直到层以上的深滑界面变得动员。我们比较我们的模型结果对观测的基础变形从山区冰川和冰流设置在过去和现在。我们还提出了一个分析解决方案，以评估不同的冰川环境和水力特性的冰碛物运输的变化。
2020-02-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.geo-ph
Revisiting slope influence in turbulent bedload transport: consequences for vertical flow structure and transport rate scaling
在过去的一个世纪里，重力驱动的湍流推移质输运在地球表面过程（如自然河床形态演变）中的重要性得到了广泛的研究。在目前的贡献，纵向通道倾斜角的影响重力驱动的湍流推移质输运的研究在一个理想化的框架，考虑稳定和均匀的流动条件。从基于两相连续方程的解析分析，示出：（i）临界希尔兹数的经典斜率修正是基于浮力的错误公式，（ii）坡度的影响不仅限于临界希尔兹数，而且影响整个输运公式，以及（iii）压力驱动和重力-从坡度影响的观点来看，驱动的湍流推移质输运是不等价的。通过对颗粒流驱动机制的进一步分析，发现纵坡不仅影响床层剪切力和颗粒层阻力，而且影响颗粒层内部的流体流动，从而导致推移质向泥石流的转化。这些耦合机制的相对影响，使我们能够理解的颗粒流的垂直结构的演变，并预测运输速率标度律作为一个重新缩放的希尔兹数的函数。理论分析验证耦合流体离散元模拟的理想化的重力驱动的湍流推移质输运，在很宽的范围内的盾数值，密度比和通道倾角。特别是，所有的数据显示崩溃到一个主曲线时，考虑到泥沙输移率作为一个函数的建议重新缩放的希尔兹数。
2018-01-10 physics.geo-ph
Addressing bedload flux variability due to grain shape effects and experimental channel geometry
South China University of Technology（华南理工大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Aix-Marseille University（艾克斯-马赛大学）；Leipzig University（莱比锡大学）；National Taiwan University（台湾大学）
本文提出一种通用的床剪应力确定方法，通过颗粒物理定义床面和基于 Kolmogórov 湍流理论的渠道侧壁修正，有效整合了不同渠道几何条件下的床载流量数据，揭示了颗粒形状对输运的影响。
2026-09-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Statistical Mechanical Model of Sediment Transport Capacity and Scour-and-Silt volume in Wide and Shallow Rivers
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University（清华大学水沙科学与水利水电国家重点实验室）；Jimei University（集美大学）
本研究通过统计力学方法构建了宽浅河道泥沙输运及冲刷淤积的通用模型，实现了无参数预测河床演变。
2026-01-25 physics.geo-ph
Scaling laws for planetary sediment transport from DEM-RANS numerical simulations
本研究利用 DEM-RANS 模型模拟了跨七个数量级密度比的行星沉积物输运，推导出具有 $s^{1/3}$ 依赖性的停止阈值与平衡输运率标度律，并发现现有模型无法完全解释输运率的粒径依赖性。
2023-05-19 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.ao-ph
Megaripple mechanics: bimodal transport ingrained in bimodal sands
风沙搬运是塑造地球和各种天体景观的主要过程。有利于双峰砂运输的条件下，与细粒跃移驱动粗粒蠕动，引起的megapipples与一个特征双峰砂成分的演变。在这里，我们推导出一个统一的相图，这个特殊的风成过程和随后的非平衡megaripple形态动力学的概念上简单的定量模型，接地在颗粒尺度物理。我们建立了一个保存完好的定量签名的双峰风成输运，否则高度可变的粒度分布，即，对数尺度的宽度（Krumbein phi规模）的粗粒峰。一个全面收集的地球和外星数据，涵盖了广泛的地理来源和环境条件，支持这一意想不到的理论发现的准确性和鲁棒性。它有助于解决陆地和地球外沉积床型分类方面的模糊问题。
2022-08-01 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.geo-ph
