模型沙特性研究进展.pdf

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1、第28卷第2期长江科学院院报Vo1．28No．22011年2月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteFeb．20ll文章编号：1001—5485(2011)02—0079—08模型沙特性研究进展闵凤阳。姚仕明，黎礼刚(长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室，武汉430010)摘要：模型沙的特性对模型试验的可靠性和准确性有着重要影响，在实际的工程试验中，由于泥沙运动复杂性，要进行模拟的对象千差万别，所采用的模型沙也是多种多样的，因此，全面了解模型沙的性质是提高

2、实体模型试验精度的关键技术之一。针对模型沙的物理特性、力学特性、运动特性等问题，系统分析、总结了前人的研究工作和所取得成果，同时讨论了需进一步研究的内容和方向。研究分析结果对实体模型试验有着指导性的意义。关键词：模型沙；泥沙运动；模型试验中图分类号：TV149文献标识码：A一。泥沙主要来源于岩石的风化，天然河流的泥沙颗粒形状并不规则，多呈扁平、棱角、长条状等。目1概述前大多数研究中，一般把泥沙颗粒概化成球体，如泥长期以来，实体模型试验一直是解决水利工程沙的静水沉降等，散颗粒泥沙的起动等，并在此基础技术问题的重要手段。

3、近几十年来，人们围绕河道、上进行适当的修正，以应用于工程实践。水库、河口等问题进行了大量的实体模型试验研究，模型沙的形状一般较不规则，与天然沙相似。在相关的模拟技术方面也取得了巨大的进展。在这清华大学曾用显微镜和计算机图像技术，研究了塑些泥沙河工模型试验中，模型沙的选择及其物理运料沙和电木粉的几何特性¨(表1)。未碾碎的塑料动特性的研究是泥沙模型试验的技术关键，它是保沙形状更接近球体，电木粉的形状差别很大，颗粒越证模型与原型泥沙运动及河床冲淤相似的关键，直细，表面形态越尖锐，形状越呈长条形，越不接近球接影响到模型试验

4、结果的可靠性。体，与天然沙类似。在泥沙实体模型中，采用的模型沙主要有10余表1轻质模型沙的几何特性⋯种，包括：煤粉、粉煤灰、电木粉、木屑(不同方法处Table1Geometriccharacteristicsoflightmodelsediment理)、酸性白土粉、核桃壳粉、滑石粉、拟焦沙、塑料沙、Ps模型沙、BZY模型沙、阳离子树脂、塑料合成模型沙等，天然沙和港泥在一些模型中也得到了应用。前人对其性能的研究主要包括：①物理特性如颗粒几何形态，密度及干密度、流变特性、水下休止角等；②模型沙的力学特性，如抗压抗剪特性、

5、固结特性等；③模型沙的运动特性，如沉降特性、起动流速，阻力特性等。此外，细颗粒模型沙表面的物理化学特性也常为人们所关注。韩明辉、马秀琴曾用光学显微镜观察了精煤的本文对前人的研究进行了总结，并讨论了其中外观形态J，发现精煤颗粒的几何形态变化十分复存在的问题和可能进一步研究的方向。杂，多呈不规则外形和菱角状。精煤颗粒越细，其几何形状越不规则，颗粒的菱角也越多。师哲等人也2模型沙的物理特性对粉煤灰的微观形态进行了研究』，发现粉煤灰粗2．1颗粒几何形态颗粒表面粗糙、多棱角、多空隙，颜色多呈深灰色，细泥沙颗粒的几何形态是泥沙的

6、最基本的性质之颗粒为球状玻璃质，表面细密、微~LsJ,。收稿日期：2010—12-03基金项目：水利部公益性行业专项(200910004)作者简介：闵凤阳(1983一)，男，湖北宜昌人，硕士，主要从事河流泥沙、生态等方面的研究工作，(电话)027—82926837(电子信箱)minfengy—ang1983@163．coin。长江科学院院报20l1年长江防洪模型在模型沙的选择上进行了大量的时，其干密度0=0．45～0．47t／m，随着粒径增大研究，对塑料合成沙、褐煤、精煤以及阳离子树脂进到1．0mm左右，干密度达到最

7、大，为0．65t／m，而粒行了偏振光显微镜的分析测试，发现经加工过的塑径进一步增大时，干密度有减小的趋势(图1)。料沙有不规则外形和棱角，并带有少量空隙；大体积O皇00．75的褐煤和精煤呈块状、经加工的细煤粒粉有不规则、07O吕065的外形和棱角；阳离子树脂颗粒浑圆光滑，机械粉碎060后也呈不规则状。融0．45目前一般试验中所用的模型沙并不规则，且随O．4O01234567粒径变化与天然沙比较相似。由于模型沙和原型沙粒径／nun之间比尺关系(粒径比尺)是通过沉降相似或起动图1PS模型沙干密度与粒径的关系Fig．1Re

8、lationshipbetweengrainsizeanddrydensityof相似导出，而模型沙与原型沙的几何形态的近似程PSmodelsediment度对沉降相似或起动相似影响如何，并对河床冲淤变化带来多大影响，目前尚无实测数据说明，且泥沙长江科学院对塑料合成沙的干密度进行了研颗粒形状的影响贯穿于整个泥沙运动学的始终，因究，选用不同粒径的