河流动力学2-泥沙特性[教育]

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1、Chapl泥沙特性本章知识要点：泥沙粒径表达形式泥沙的组成与粒配曲线比表面积的意义双电层与结合水泥沙干容重及其影响因素泥沙沉速与层流、紊流、过渡区絮凝现象•泥沙來源：①流域地表冲蚀而來；②从原河床上冲起的。•土壤侵蚀最严重的黄河屮游的黄土高原永定河和西辽河流域，相当于地表每年普遍冲掉0.6亳米的厚度，加上人类活动，如盲目开垦等，含沙量很高的正是黄河中游的一些干支流,年均含沙量鬲达300公斤/〃以上，而南部一些省份，年均含沙量不足1公斤/点。§1-1泥沙的几何特性一、泥沙的粒径•泥沙的不同形状与它们在水流中的运动状态有关，较粗

2、的沿河底推移前进,碰撞机会多,动虽较大易磨损；反之不易磨损而保持棱角峥蝶的外貌。为比较不同泥沙颗粒的形状、大小的异同，必须有某些指标对它们进行对比。泥沙的形状的表达方式•球度系数：（因为泥沙接近于球体，所以以球体作参照物）与沙粒等体积的球体的表面积与泥沙的实际表面积Z比（与球接近的程度）。研究表明，球度系数相等的两颗泥沙，在水中的流体动力特性人致相同。由于球度系数难以测定（V可用排水、称重法确定，但表面积难以测定），常用泥沙的长、中、短三个轴3,b,C,按下式近似表示：①=£（—）_（—）VdC（1942年克来拜因提出）•形

3、状系数：懈1、等容粒径：泥沙颗粒的大小通常用泥沙颗粒直径來表示，泥沙颗粒形状不规则，难以确定泥沙的粒径，实际中采用等容粒径来表示。UIJ：与泥沙颗粒体积相等的球体点径。（泥沙体积可用称重、排水等方法测出：pg）——对比水力学中表而粗糙度△的确定式中：V为泥沙颗粒的体积。2、算术平均粒径：用长.屮.短轴（a、b.c）的算数平均值来表征泥沙粒径d=—（a+b-^-c）3、几何平均粒径：d=^bc当泥沙形状为椭球体时，等容粒径与儿何平均粒径相同（V二nabc/6二Jid：76）4、中轴长度：接近而偏大于儿何平均粒径（较粗犬然沙测量

4、的结果）5、筛径：仅对于单颗的卵石、砾石等可以通过称重，再除以泥沙的重率，得到体积而后求其等容粒径，或直接量测其三轴长度，再求其平均值。对于较细的泥沙，例如：一般沙土，更不用说粉土和粘土，在通常情况下不可用上述方法，通常用筛分法和水析法。沙土：筛分法。采用公制标准筛，不难设想，用筛分法得出的粒径应相当丁•各粒径组界限沙粒的中轴长度，接近等容粒径，称为筛径。6、沉径：3~D对于粉土与粘土，已不可能进一步筛分，只能用水析法，如：比重计、粒径计、移液管法等，这些方法的基本原理：通过测最沙粒在静水小的沉降速度，按照本书阐明的粒径D与

5、沉速3的关系式换算成粒径。该粒径打筛径一样接近等容粒径但并不全等，称为沉降粒径,简称沉径。•泥沙粒径是泥沙I•分重要的物理虽，但要通过测量得到精确的人小是困难的，因此我们在进行一项具体的泥沙研究Z前，必须对泥沙粒径的量测精度如何有清楚的了解，做到“胸中有数”。二、泥沙的组成与粒配曲线1、研究意义：天然河流小的泥沙并非均匀的，不同组成的泥沙特点不一。通常采用泥沙的粒配曲线來描述泥沙的集合特性。2、绘制方法由图可看出沙样的人小和均匀程度。如：沙样殂比沙样b粒径粗；沙样a比沙样c组成均匀。•采用对数分格，其意义在于缩小D的图幅，以

6、适应D分布范围大的情况（粗细之间可相差千百万倍）。3、特征值：工dp九=Laa.平均粒径:'=%仏和+Gnin）即沙样内各种泥沙粒径的加权平均值。•我国常采用，pj即拼音平均。b.中值粒径：人于和小于该种粒径的泥沙重最各占沙样总重量的50%,其求法是在粒配Illi线中找出与P=50%对应的d,记为“50。一般认为：天然沙的平均粒径常大丁•中值粒径°•比较方便。欧美国家用得较多。C.拣选系数：表明泥沙的均匀程度Y”25（$1）。d25,“75分别为粒配曲线上"=75%和25%的粒径，0越大，沙样越不均匀，0二1,为均匀沙。d.

7、标准偏差:”越小，沙样越均匀。三、河流泥沙的分类不同粒径级的颗粒所形成的土壤具有不同的力学性质。分类定名的原则：既要表示出不同泥沙性质上的显著差异和变化的规律性，又要能使各分界粒径尺度成为一定比例。我国水利工程界分类情况见表1一2O此外表1一1所示克伦宾的巾一分类法被海洋部门广泛使用。不同粒径级的颗粒具冇不同的矿物组成（高岭土——粘土，石英——沙），不同粒径级的颗粒具有不同的物理化学特性。分类情况见表1一2。——与H常住活接近根据泥沙颗粒的大小，可对泥沙进行分类，各类泥沙的粒径可参考表1-2。由表可见，各类泥沙的分界数字为1

8、/200-1/20—2—20-200。泥沙又可分为泥、沙、石三大类，其中粘粒、粉沙属泥；沙粒属沙；砾石、卵石、漂石属石。）表1-2粘粒[粉沙

9、沙粒~~砾石

10、卵石-漂石0-0050.05220200粒径（mm）•提问：上述分级标准冇何特点？四、沙样的空隙率泥沙屮孔隙的容积占总容积的百分比称为