泥沙絮团结构的试验研究综述.pdf

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1、泥沙研究2016年2月JournalofSedimentResearch第1期文章编号：0468—155X(2016)01·0076-05泥沙絮团结构的试验研究综述张乃予，周晶晶，王捷(河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098)摘要：承接《泥沙研究》2015(5)黏性泥沙絮团强度的试验综述，絮团结构与絮团强度密切相关，是动水条件下表现出的絮团强度的微观解释。絮团结构，即絮团内部链接键的数量、强度和链接方式。总结了以往絮凝试验研究中对于絮团结构的量化描述以及相应研究进展。关键词：絮凝；絮团强度；试验研究中图分类号：TV141．2文献

2、标识码：ADOI：10．16239／j．cnki．0468—155x．2016．01．014在河口海岸地区，由于径流、潮流以及盐水入侵的影响，黏性泥沙颗粒同向絮凝强烈，黏性细颗粒泥沙的同向絮凝沉降特性与拦门沙形成于发育机理密切相关。泥沙絮团的沉降与絮团内部结构之间的关系已引起学者的广泛关注，大量研究建立了絮团沉降速度与絮团结构的关系’。承接前文黏性泥沙絮团强度的试验综述]，絮团结构与絮团强度关系密切，是絮团内部链接键的数量、强度和搭接方式的体现，是动水条件下表现出的絮团强度的微观解释。本文将从絮团结构的角度对目前动水絮凝试验观测分析的研究成果

3、进行回顾，包括试验中的装置、设备和技术的总结和对比。1絮团结构絮团尺寸是絮团强度在恒定剪切率下的宏观体现，从微观角度解释，絮团结构，即絮团内部链接键搭数量、强度和链接方式，直接关系着絮团强度’。絮团结构是由发生絮凝的初始颗粒的组成(矿物成分、有机物种类及含量)、颗粒表面电化学效应所决定，絮团结构的变化是不同时刻，絮团本身性质与周围水动力以及水化学条件相互作用的结果。同时絮团结构与絮团沉速和有效密度密切相关。PetraBubakova等人通过测量絮团尺寸、絮团数量和絮团结构的变化来分析判断絮团在形成过程中所处的阶段以及絮团的破裂模式。M．Soo

4、s也指出将絮团强度和絮团结构在不同水流条件下随时间变化的量化表示对认识絮凝形成、破碎以及再形成的机理十分重要。但是目前从絮团结构的角度解释絮团强度的研究较多的是仅仅基于絮团的分形结构，并不十分全面，因此很有必要开展进一步研究。1．1絮团尺寸絮团形状和絮团尺寸的不同是絮团结构差异最直观的表现。Selomulya等人发现絮团尺寸的变化伴随着絮团结构的变化，絮团尺寸的减小对应絮团结构的密实。自然界中的絮团形状是不规则的，看似无规律可循，但实际上不同的絮团形状与絮团形成过程中所收稿日期：2015—05—15基金项目：基础研究计划一青年基金项目(BK2

5、0150818)；国家自然科学基金面上项目(51179067)；教育部博士点新教师基金项目(20110094120020)作者简介：张乃予(1990一)，女，吉林省吉林市人，硕士研究生，主要从事河口海岸泥沙方面研究。E-mail：zhangnaiyu

6、e@163．corn通讯作者：周晶晶。E—mail：zjj@hhu．edu．cn76受到的水动力条件的关系极为密切。Wells＆Goldberg发现细长的、链状的大絮团多是在低剪切环境下产生的，在深海水域中较为常见；Lick等人¨町在试验中拍摄的2D图像中发现新月形(erescent。shape

7、d)絮团是在差速沉降的环境下产生的；VanLeussen¨¨在河口地区高剪切率的环境下出现的多是球状的小絮团。Maggi¨探讨引起该差异的原因，发现相较于流过絮团内部的流体，絮团周围的流体环境通过改变絮团表面糙度以增加拖曳力来影响絮凝，是主要影响因素。絮团尺寸是重要的絮团特征参数，但在定义絮团尺寸的方法上仍存在一些争议，比如是用直线长度、直径还是长度尺度来定义絮团尺寸，对此目前并无明确规范。由于这些定义絮团尺寸的参数是通过将形状不规则的絮团理想化为圆形或球形后换算获得，Maggi发现用这样获得的这些絮团尺寸参数并不能计算得出有效的分形维数，无

8、法反映絮团准确的分形特征，因此需要参数对直接获得的絮团尺寸参数修正在应用到分形维数的计算中。1．2絮团分形结构絮团尺寸虽然直观，但并不能确切表示絮团结构。由于絮团内部密实度的差异，很有可能具有相同尺寸的絮团其内部结构完全不同，因此寻求其他参数来表示絮团结构是十分必要的，目前广泛认为絮团具有分形结构，这是因为分形理论的引入使得絮团的有效密度，孑L隙率和沉降速度都得以计算。分形维数是衡量分型特征的最重要参数。质量与絮团特征尺寸f‘之间的关系可以表示为：M，OCZ，d是容量维数，也称Hausdrof—Besicovitch维数，表示组成絮团的颗粒是

9、如何填充这个絮团所占据的欧几里得空间，由于絮团的疏松多孔的结构特性，容量维数d的值受絮团孔隙率的影响。Winterwerp14]通过絮团在水体中的沉降速度估算容量维