河流动力学2-泥沙特性.doc

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1、Chap1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l泥沙来源：①流域地表冲蚀而来；②从原河床上冲起的。l土壤侵蚀最严重的黄河中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毫米的厚度，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，年均含沙量高达300公斤/m2以上，而南部一些省份，年均含沙量不足1公斤/m2。§1－1泥沙的几何特性一、泥沙的粒径l泥沙的不同形状

2、与它们在水流中的运动状态有关，较粗的沿河底推移前进，碰撞机会多，动量较大易磨损；反之不易磨损而保持棱角峥嵘的外貌。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l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之比（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大致相同。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a,b,c，按下式近似表示：（1942年克来拜因提出）l形状系数：1、等容粒径：泥沙颗粒

3、的大小通常用泥沙颗粒直径来表示，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。即：与泥沙颗粒体积相等的球体直径。（泥沙体积可用称重、排水等方法测出：）——对比水力学中表面粗糙度的确定式中：V为泥沙颗粒的体积。2、算术平均粒径：用长、中、短轴（a、b、c）的算数平均值来表征泥沙粒径3、几何平均粒径：粒当泥沙形状为椭球体时，等容粒径与几何平均粒径相同（V=лabc/6=лd3/6）4、中轴长度：接近而偏大于几何平均粒径（较粗天然沙测量的结果）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

4、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于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：ω～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：通过测量沙粒在静水中的沉降速度，按照本书阐明的粒径D与沉速ω的关系式换算成粒径。该粒径与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。l泥沙粒径是泥沙十分重要的物理量，但要通过测量得到精确的大小是困

5、难的，因此我们在进行一项具体的泥沙研究之前，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：天然河流中的泥沙并非均匀的，不同组成的泥沙特点不一。通常采用泥沙的粒配曲线来描述泥沙的集合特性。2、绘制方法由图可看出沙样的大小和均匀程度。如：沙样a比沙样b粒径粗；沙样a比沙样c组成均匀。l采用对数分格，其意义在于缩小D的图幅，以适应D分布范围大的情况（粗细之间可相差千百万倍）。3、特征值：a.平均粒径：即沙样内各种泥沙粒径的加权平均值。l我国常采用，pj即拼音平均。b.中值粒径：大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重

6、量的50%，其求法是在粒配曲线中找出与p=50%对应的d，记为。一般认为：天然沙的平均粒径常大于中值粒径。l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（≥1）。，分别为粒配曲线上的粒径，越大，沙样越不均匀，=1，为均匀沙。d.标准偏差：（≥1），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1一2。此外表1一1所示克伦宾的ф—分类法被海洋部门广泛使用。不同粒径级的颗粒具有不同的矿物

7、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。——与日常生活接近l提问：上述分级标准有何特点？四、沙样的空隙率泥沙中孔隙的容积占总容积的百分比称为孔隙率。泥沙因沙粒的大小及均匀度，沙粒的形状、沉积的情况以及沉积后受力大小及历时长短而有不同。Ø粗沙的孔隙率一般为39%～40%，中沙为41%～48%，细沙则为44%～49%，泥沙孔隙率的下限比较稳定，平均在0.40左右。Ø粒径均匀的泥沙的孔隙率最大。Ø形状对孔隙率有较大的影响。Ø沉积的方式对泥沙孔隙率也有很大影响。§1－2细颗粒泥沙的物理化学特性l悬浮在水中的泥沙能与

8、水发生物理化学作用。如：