粘性泥沙运动规律研究

《粘性泥沙运动规律研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、粘性泥沙运动规律研究港航102芦克强201010413065扌商要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为史进一步的研究打下了基础。关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动引言通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其屮粘性泥沙主要是由粉沙(dv0.05mm)和粘粒(d<0.05mm)组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同乂可分为浮泥，淤泥和粘土山現在多沙河流中(包括河床，河岸和滩地)粘性泥沙占有一定的比重，同吋它还存在于水库、河

2、口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响⑶。I大I此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主耍讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方而，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总休认识。二、群体泥沙颗粒的沉降规律前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。(1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降吋，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论岀发，最后推导岀低含沙量情况下群体沉速的理论公式cds/cd0=1—6.55

3、Sv(1)上式中当Sv<0.05时，计算结果能与实验值基木符合；当Sv较大则偏茅大。(2)Richardson和Zaki采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式⑷cos/coO=(l-Sv)m(2)上式屮指数m与沙粒雷诺数(Rcd=co0d/v)有关。夏震寰和汪岗对细沙取m=7时，上式与试验资料符合较好⑸。⑶王尚毅认为式⑻中当Sv=l时cos=0,这种计算结果不对⑹。因此将上式修改为cos/co0=(1-pSv)m(3)上式中m二2.5；0与泥沙特性有关，对塘沽淤泥可取0=5.0。(4)钱意颖等人认为群体沉速的减小主要由于浑水的容重与粘度变化所致，得出了适用于层流区的群休沉速公

4、式⑺上式中丫、Ys、YH1分别为清水、泥沙及浑水的容重。(4)万兆惠舍人认为细的单颗粒泥沙在清水中下沉吋有(ys・y)兀(13/6=3兀dpOsO。当为浑水吋，上式仍成立，不过应以

5、im代替[lO/m代替丫，cos/(l-Sv)代替coO。如浑水粘度采用日本森氏公式

6、im/

7、i0=l-t-3Sv/(l-Sv/0.52),代入上式可得群体沉速公式罔cos/cdO=(1-Sv)2/[1+3Sv/(l-Sv/0.52)](5)(5)沙玉清认为在层流区，主要是浑水的粘度影响泥沙沉速，因此可得如下群体沉速公[9】上式小d50取mm,且对d50在0.010mm附近的非均匀沙适用。(6)费祥俊认

8、为用非均匀沙的屮值粒径或平均粒径作为代表粒径，按均匀沙方法计算菲均匀沙的平均沉速，将会导致较大的误并。因此应按各粒径组泥沙所占的比例，加权平均后得到非均匀沙的平均沉速公式(7)式中APi为第di粒径组泥沙所占的比例。浑水粘度pm与含沙量大小和极限含沙量有关"°】。(7)张红武在沙玉清公式基础上，考虑到沉降过程中一部分清水将依附沙粒同时下沉，结合试验结果，经推导得出如下群体沉速公式上式中d50同样取mm。但该式适用范围比沙玉清公式大，近些年多用Z于黄河泥沙数学模型计算。三、水槽方法的冲刷计算研究为了对河床冲淤变化进行评价，需耍了解河床冲刷率。通常将河床冲刷率定义为水流在单位时间内从单

9、位面积河床上冲刷带走的泥沙重量。考虑到切应力是影响泥沙运动的主要因素，许多研究者都通过现场或室内试验来确定粘性泥沙的冲刷率与水流切应力及临界起动切应力之间的经验关系式。在冲刷水槽试验中，环形水槽、各种侵蚀冲刷水槽均被广泛使用。如曹叔尤利用环形水槽试验建立了淤积物的冲刷率公式E=K(tl/t2-l)(9)上式中tl为水流切应力。K是一•个复朵参数，而曹叔尤认为自由孔隙比e,除反映了淤积物粒径及级配外，还反映了淤积物的密实程度，并由试验资料得出K的计算式K=—13・9—133e,(10)OsmanandThome提出了粘性河岸横向冲刷公式y。AB/CAt=(tl—t2)e-1.3t(1

10、1)式小AB%A£时间内河岸因水流横向冲刷而后退的距离(m)；C为横向冲刷系数，与河岸土体的物理化学特性有关。Osman根据室内试验结果得到C=3.64X10—o同样Kandiah.李华国也得出与(9)式类似的公式。这类公式也可统一成以下形式E=K(tl/t2-l)n(12)上式中K可定义为冲刷系数，表示淤积物抗冲性能，所以K,n并非常数，而是淤积固结特性的函数。Krone将淤积固结对冲刷率的影响分为两个不同的阶段，在相同水流条件下，不同阶段的淤积物干密度Pb对冲刷率