工硕_河流动力学课程作业及参考答案

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1、《河流动力学》专业选修课，40学时，2学分主要参考书：1.泥沙运动力学，钱宁，万兆惠，科学出版社2.河流泥沙工程学，武汉水利电力学院，水利电力出版社3.河流动力学，陈立，明宗富，武汉大学出版社，20014.河流泥沙动力学，张瑞瑾，谢鉴衡等，水利电力出版社主要参考以下问题写读书笔记1.叙述泥沙的颗粒性质，并说明为什么颗粒大小是泥沙最重要的性质？2.简要叙述泥沙的群体性质。3.推导孤立圆球在无限静水中等速沉降的沉速公式。4.简要叙述影响泥沙沉速的因素及其研究成果。5.解释下面概念：拖曳力；上举力；粒间离散力；接触质；层移质；跃移质；床沙质；冲泻质；悬移质；推移质；输沙率；高含沙水流；异重流。

2、6.说明推移质与悬移质的区别。7.推导以流速为主要参数的推移质输沙率公式。8.何谓悬移质含沙量的垂线分布？简要叙述关于悬移质含沙量垂线分布的两种理论。9.说明水流挟沙力的定义以及它与河床冲淤之间的关系。10.简要叙述泥沙的存在对水流所产生的影响。参考答案：1.叙述泥沙的颗粒性质，并说明为什么颗粒大小是泥沙最重要的性质。答：（1）泥沙的几何性质泥沙的几何性质是指泥沙颗粒的形状和大小，或者说泥沙颗粒的形状与粒径。泥沙颗粒的不同形状与他们在水流中的运动状态密切相关。较粗的颗粒沿河底推移前进，碰撞的机会较多，碰撞时动量较大，容易磨成圆滑的外形；较细的泥沙颗粒随水流浮游前进，碰撞的机会较少，碰撞时

3、动量较小，不易磨损，因此能够保持棱角峥嵘的外形。①15泥沙的粒径是泥沙颗粒的大小的量度，由于泥沙颗粒形状不规则，不易确定其直径，通常所说的粒径为泥沙的等容粒径的简称。所谓等容粒径，就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。设某一颗泥沙的体积为V，则其等容粒径为（12）常用单位为mm，对较大粒径也用cm作单位。如果可以把泥沙看成椭球体，因椭球体的体积为（a，b，c为椭球体的长、中、短三轴），而球体的体积为，令两者相等，可以看到（13）也就是椭球体的等容粒径即为其长、中、短轴长度的几何平均值。在实际工作中，对于不易测量其长、中、短轴长度的泥沙，通常通过两种方法确定其粒径。对于较粗天然沙粒测量成果的

4、统计分析表明，沙粒的中轴长度，和其长、中、短三轴的几何平均值（即等容粒径）接近相等且略大。这样在实际中，对于粒径在0.062～32.0mm之间的沙粒，一般采用筛析法。对于粒径在0.062mm以下的粉粒和粘粒，已不可能进一步筛分，只能采用沉降法，如比重计法、粒径计、吸管法等。这些方法的基本原理是，通过测量沙粒在静水中的下的沉降速度，按照粒径与沉速的关系式换算成粒径。②泥沙的粒配曲线及有关特征值。河流泥沙往往具有很强的非均匀性。通过对沙样颗粒组成的分析，得出其中各粒径级的重量百分比或者小于某粒径的重量百分比，并绘制泥沙粒径颗粒极配曲线。通过颗粒极配曲线可以直接表现泥沙沙样粒径的大小和沙样的均

5、匀程度，落在图1所示右边的曲线（曲线Ⅱ）显然代表离境较细的沙样；坡度较陡的曲线（曲线Ⅰ）则代表粒径较均匀的沙样。从粒配曲线上，可以查出小于某粒径的泥沙在总样中占的重量百分数，同时也可以查出在总沙样中占重量百分数的泥沙的上限粒径。后者通常以重量百分数为脚标，附注在粒径d的右下角，表示该上限粒径，如d5、d10、d50…等。其中d50是一个十分重要的特征粒径，称为中值粒径，它表示在全部沙样中，大于和小于这一粒径的泥沙重量刚好相等。dpj为泥沙的平均粒径，可用下式表示（14）式中，di为第i组泥沙的代表粒径。Δpi为粒径为di组泥沙在整个沙样中的所占重量百分比。通常泥沙的平均粒径dpj与中值粒

6、径d50并不相等，天然沙的平均粒径dpj一般大于中值粒径d50。关于沙样的均匀程度也可采用如下形式的非均匀系数或称拣选数15（15）来表示。非均匀系数等于1，则沙样均匀；愈大于1，则愈不均匀。（2）泥沙的重力特性。①泥沙的容重与密度。泥沙各个颗粒实有重力与实有体积的比值，称为泥沙的容重或重度γs。由于构成泥沙的岩石成分不同，泥沙的容重γs也不同，常以26KN/m3(国际单位)或2650kgf/m3(工程单位)为代表值。泥沙在水中的运动状态，既与泥沙的容重γs有关，又与水的容重γ有关。在分析计算中，常出现相对数值，为了简便期间，令（16）若以ρs、ρ分别代表泥沙、水的密度，则（17）为无量

7、纲值，可定名为有效容重系数或有效密度系数。常取＝1.65。②泥沙的干容重与干密度。沙样经100～150℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重，单位为N/m3。当河床发生冲淤变化时，泥沙干容重是确定冲淤泥沙重量与体积关系的一个重要物理量。泥沙干容重与粒径的大小、埋藏的深浅，以及淤积历时的长短有关，其变化幅度是相当大的，实际观测资料中，曾得到的淤积泥沙干容重的变化幅度约在2.94～21.56kN/m3。③泥沙的水