Berechnungen der kritischen Scherspannung für die Bewegung von einheitlichen und heterogenen Sedimenten

Ein Ausdruck für die kritische Scherspannung nichtkohäsiver Sedimente wird aus dem Gleichgewicht der Kräfte auf einzelne Partikel an der Oberfläche eines Bettes abgeleitet. Die resultierende Gleichung hängt für eine gegebene Korngröße und Dichte von der nahe dem Bett wirkenden Zugkraft, dem Verhältnis von Auftriebskraft zu Zugkraft und dem Ruhewinkel der Partikel ab. Die berechneten Werte der kritischen Scherspannung für gleichmäßig große Sedimente entsprechen eng den aus dem Shields-Diagramm bestimmten Werten. Das anfängliche Bewegungsproblem für gemischte Korngrößen hängt zusätzlich von der relativen Hervorhebung der Körner in den Stromfluss und dem Ruhewinkel der Partikel ab. Letzterer nimmt ab, wenn der Durchmesser eines bewegenden Korns, D, größer ist als die Längenskala der Bettunregelmäßigkeit, k_s (D/k_s > 1), und steigt, wenn D/k_s < 1, was eine entsprechende Abnahme oder Zunahme der kritischen Scherspannung zur Folge hat. Die Verwendung der experimentellen Beziehung zwischen D/k_s und dem Ruhewinkel der Partikel gemäß Miller und Byrne, die mit Shields' Definition der anfänglichen Bewegung übereinstimmt, liefert Ergebnisse, die mit den verfügbaren experimentellen Daten zur kritischen Scherspannung für heterogene Betten gut übereinstimmen.