黏性泥沙絮团强度的试验研究综述.pdf

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1、泥沙研究2015年10月JournalofSedimentResearch第5期文章编号：0468-155X(2015)05-0075-06黏性泥沙絮团强度的试验研究综述张乃予，周晶晶，王捷(河海大学港I：1海岸与近海工程学院，江苏南京210098)摘要：絮凝是河口地区水沙交换过程中极为重要的一环，动水絮凝过程可概括为：颗粒碰撞一有效碰撞黏结一絮团重构一絮团破裂一絮团再形成，最终絮团达到动态平衡状态，这是絮团强度在紊动剪切作用下的结果。从絮团强度的试验研究角度回顾了国内外研究进展，此方面研究多围

2、绕絮凝的影响因素与絮团强度的特征参数之间的定性规律、经验或半经验定量关系的角度展开，采用不同的观测装置、设备和技术，以期对絮凝动力学得到更为深入的认识。关键词：絮凝；絮团强度；试验研究中图分类号：TV141．2文献标识码：BDOI：10．16239／i．cnki．0468—155x．2015．05．013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⋯，大量现场观测证实河口地区絮团的尺寸分布与沉降特性对不同的紊动剪切强度十分敏感I4，絮团的形成、重构、破裂与再形成是絮

3、团强度与水流紊动剪切强度相互制衡的结果，同时紊动剪切作用贯穿于絮团形成与破裂的所有过程。目前，相关研究大多集中于污水处理和胶体化学领域，不同于泥沙运动学，污水处理领域关注不同类型絮凝剂以及高分子聚合物对絮凝的影响，其目的在于污水处理沉降池处理步骤中如何快速有效地分离悬浮颗粒’，而河口海岸泥沙絮凝领域中对泥沙絮团强度的认识仍存在许多不足，本文将从絮团强度的角度对目前动水絮凝试验观测分析的研究成果进行回顾，包括试验中的装置、设备和技术的总结和对比。1絮团发育絮团的发育是一个十分复杂的动态演变过程，可

4、以概括为以下五个基本过程：颗粒碰撞一有效碰撞黏结一絮团重构一絮团破裂一絮团再形成；其间的影响因素通常包含三类：物质成分(矿物成分、粒径、含沙浓度、颗粒表面电荷)、介质条件(电解质阳离子浓度及离子种类、温度、黏度、pH值)和水动力条件(流态、流速、持续时间、施加作用力形式等)。1．1颗粒碰撞水动力条件是影响颗粒碰撞的主要因素，不同的水动力条件引起的颗粒碰撞机制不同，分为布朗运动、不等速沉降以及紊动剪切作用等3种，布朗运动引起异向絮凝，水流剪切作用引起同向絮凝。。。颗粒碰撞率Ⅳf(粒径级为i和粒径级

5、为的颗粒在单位体积单位时间内的碰撞次数)可以写成Ⅳ=收稿日期：2015—05—15基金项目：基础研究计划一青年基金项目(BK20150818)；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：zhangnaiyule@163．com通讯作者：周晶晶。E—mail：zjj@hhu．edu．cn75JBnnf，卢f表示碰撞频率方程(col

6、lision~equencyfunction)，这3种机制作用下卢的计算方法最先根据Smoluchowski方程提出，后由Ives⋯修正。对于河口海岸地区的泥沙絮凝现象，许多学者¨认为布朗运动的效应是可以忽略的。tolzen—bach等人¨通过对前人数据分析和试验研究发现多个小而密实的絮团碰撞黏结成较大的、结构疏松的絮团的概率很小，原因是小絮团在运动过程中遇到较大的絮团的时候，将偏离原有的运动轨迹从而避免发生碰撞黏结。因此作者认为差速沉降对河口海岸泥沙絮凝的影响并没有之前的研究中提到的那么明显，

7、而且很多情况下这种机制并未产生实质作用。综上我们发现，对河口海岸环境下的泥沙絮凝现象，布朗运动和差速沉降的作用并不十分显著，紊动剪切作用才是导致黏性细颗粒泥沙絮凝差异的关键和研究重点。研究表明，不断增加的水流剪切率对絮团的影响规律为：絮团粒径先迅速增大继而开始呈现减小的趋势。Dyer163认为这是因为较低剪切率作用时絮团的形成是主体趋势，而在较高的剪切率作用时，絮团的破裂逐渐成为主导趋势。一般地，凝聚作用使絮团尺寸增大而密实度降低，形成疏松多孔的较大絮团结构，而破裂作用减小絮团尺寸增大絮团的密实

8、度。1．2颗粒有效碰撞黏结研究发现，泥沙颗粒发生碰撞后仅有部分黏结形成絮团Ⅲ，0’Melia提出有效碰撞率在10到10之间。黏性细颗粒泥沙的黏结与颗粒的电化学性质密切相关，目前对悬浮颗粒的碰撞率已有较充分认识。DLVO理论从能量的角度提出了势垒的概念，对胶体颗粒碰撞后黏结成絮团的现象进行定性的解释，但缺少相应的定量探讨，TenBrinke根据VanLeussen14]导出的考虑碰撞效率的絮团发育公式，基于实测资料得出0．03～0．23。2絮团强度在恒定剪切条件下，絮凝初期，絮团迅速发育：不断碰撞