泥沙的一般特性-文檔資料

1、1河流動(dòng)力學(xué)概論河流動(dòng)力學(xué)概論第第2章章 泥沙的一般特性泥沙的一般特性2主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1 泥沙的來(lái)源泥沙的來(lái)源，風(fēng)化，土壤侵蝕；，風(fēng)化，土壤侵蝕；2 2 泥沙的一般礦物組成泥沙的一般礦物組成及礦物特性及礦物特性3 3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性，粒徑粒徑、圓度、球度、圓度、球度、粒徑級(jí)配曲線粒徑級(jí)配曲線等等4 4 泥沙的重力特性泥沙的重力特性，容重容重、比重、比重、干容重干容重、渾水容重、水下休止角、泥沙的渾水容重、水下休止角、泥沙的沉降速度沉降速度及計(jì)算公式等。及計(jì)算公式等。5 5 泥沙的物理化學(xué)特性泥沙的物理化學(xué)特性，比表面積、絮凝，比表面積、絮凝和分散等和分散等32-1 2-1

2、泥沙的來(lái)源泥沙的來(lái)源 一、巖石風(fēng)化一、巖石風(fēng)化 河流泥沙的最根本來(lái)源是巖石的風(fēng)化河流泥沙的最根本來(lái)源是巖石的風(fēng)化。 風(fēng)化風(fēng)化巖石和礦物在地表環(huán)境中，受各種物理、化巖石和礦物在地表環(huán)境中，受各種物理、化學(xué)和生物作用，巖石發(fā)生體積破壞和化學(xué)成份發(fā)生改學(xué)和生物作用，巖石發(fā)生體積破壞和化學(xué)成份發(fā)生改變的過(guò)程。變的過(guò)程。 風(fēng)化種類：風(fēng)化種類： 物理風(fēng)化物理風(fēng)化：巖石在原地發(fā)生的崩解巖石在原地發(fā)生的崩解 化學(xué)風(fēng)化：化學(xué)風(fēng)化：巖石發(fā)生的巖石發(fā)生的蝕變蝕變（溶解、水解、碳酸鹽化）（溶解、水解、碳酸鹽化） 生物風(fēng)化：生物風(fēng)化： 風(fēng)化影響因素：氣候、巖石成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、植被、風(fēng)化影響因素：氣候、巖石成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3、、植被、地形、時(shí)間地形、時(shí)間 氣候是影響風(fēng)化的主要因素氣候是影響風(fēng)化的主要因素；風(fēng)化作用作為侵蝕和搬風(fēng)化作用作為侵蝕和搬運(yùn)的前提條件運(yùn)的前提條件452-1 2-1 泥沙的來(lái)源泥沙的來(lái)源二、二、 泥沙來(lái)源分類泥沙來(lái)源分類（1 1）流域來(lái)沙流域來(lái)沙。即流域地表的沖蝕；。即流域地表的沖蝕；u土壤侵蝕土壤侵蝕 狹義狹義指地面土壤在外營(yíng)力下被分離、指地面土壤在外營(yíng)力下被分離、搬運(yùn)以及沉積的搬運(yùn)以及沉積的整整個(gè)過(guò)程個(gè)過(guò)程 廣義廣義內(nèi)外營(yíng)力作用下，地表物質(zhì)（包內(nèi)外營(yíng)力作用下，地表物質(zhì)（包括土坡、母質(zhì)、風(fēng)化物和巖石）的分離、括土坡、母質(zhì)、風(fēng)化物和巖石）的分離、搬運(yùn)以及沉積的搬運(yùn)以及沉積的整整個(gè)過(guò)程個(gè)過(guò)程6 2

4、-1 2-1 泥沙泥沙的來(lái)源的來(lái)源三、三、土壤侵蝕土壤侵蝕 侵蝕模數(shù)侵蝕模數(shù)（輸沙量模數(shù)）（輸沙量模數(shù)） 每平方公里地面每年沖蝕泥沙量每平方公里地面每年沖蝕泥沙量（單位：（單位：t/kmt/km2 2.a.a） 含沙量含沙量 每單位體積河水中的泥沙重量表每單位體積河水中的泥沙重量表示河流的含沙量。（單位：示河流的含沙量。（單位：kgf/mkgf/m3 3）7 2-1 2-1 泥沙的泥沙的來(lái)源來(lái)源三、三、土壤侵蝕土壤侵蝕名稱名稱量綱量綱記號(hào)記號(hào)表達(dá)式表達(dá)式單位單位體積含沙量體積含沙量無(wú)無(wú)Sv無(wú)量綱無(wú)量綱重量含沙量重量含沙量有有Swkgf/m3渾水總體積泥沙所占重量 vS渾水總體積泥沙顆粒的體積

5、vS表2-1常用的含沙量表達(dá)方式8 2-1 2-1 泥沙泥沙的來(lái)源的來(lái)源三、三、 土壤侵蝕土壤侵蝕我國(guó)北方土壤侵蝕比南方嚴(yán)重，最嚴(yán)重的是黃河中游的黃土高原黃土高原、永定河永定河和西河流域西河流域。輸沙模數(shù)000t/(km2.a)。陜北的皇甫川皇甫川、窟野河窟野河、無(wú)定河無(wú)定河、延延河流域河流域，輸沙模數(shù)達(dá)到0,00020,000t/(km2.a)，相當(dāng)于地面每年普遍沖刷612mm的厚度。9 2-1 2-1 泥沙的泥沙的來(lái)源來(lái)源三、土壤侵蝕三、土壤侵蝕l水土流失水土流失（soil Loss) soil Loss) 包括水和土的流失兩個(gè)方面。它與土壤侵包括水和土的流失兩個(gè)方面。它與土壤侵蝕概念不同

6、。從侵蝕作用蝕概念不同。從侵蝕作用 力來(lái)看，為水力侵力來(lái)看，為水力侵蝕，水土流失量是指離開(kāi)某一范圍的地表物蝕，水土流失量是指離開(kāi)某一范圍的地表物質(zhì)總和，一般土壤侵蝕量大于水土流失量。質(zhì)總和，一般土壤侵蝕量大于水土流失量。l土壤侵蝕與產(chǎn)沙土壤侵蝕與產(chǎn)沙（sediment yield)sediment yield) 也是兩個(gè)不同的概念，產(chǎn)沙是指侵蝕的土也是兩個(gè)不同的概念，產(chǎn)沙是指侵蝕的土壤量能夠到達(dá)流域出口的泥沙量。因此，產(chǎn)壤量能夠到達(dá)流域出口的泥沙量。因此，產(chǎn)沙小于侵蝕量，兩者之間用泥沙輸移比表示。沙小于侵蝕量，兩者之間用泥沙輸移比表示。如以長(zhǎng)江上游宜昌，如以長(zhǎng)江上游宜昌，2020世紀(jì)世紀(jì)808

7、0年代平均侵蝕年代平均侵蝕量為量為15.715.7億噸，同期宜昌站輸出沙量?jī)|噸，同期宜昌站輸出沙量5.495.49億億噸噸10 2-1 2-1 泥沙的泥沙的來(lái)源來(lái)源三、土壤侵蝕三、土壤侵蝕土壤侵蝕的危害表現(xiàn)為：土壤侵蝕的危害表現(xiàn)為：（1 1）水資源和土壤資源惡化。年流失耕地表）水資源和土壤資源惡化。年流失耕地表層土壤層土壤1cm1cm，流失的養(yǎng)分相當(dāng)于，流失的養(yǎng)分相當(dāng)于40004000萬(wàn)萬(wàn)t t的化的化肥量。肥量。（2 2）農(nóng)田、耕地水沙為害。溝壑縱橫切割造）農(nóng)田、耕地水沙為害。溝壑縱橫切割造成耕地大面積破壞。成耕地大面積破壞。（3 3）對(duì)下游水系的危害。河床抬高，防洪能）對(duì)下游水系的危害。河

8、床抬高，防洪能力下降，湖泊面積縮小，調(diào)蓄能力減小。力下降，湖泊面積縮小，調(diào)蓄能力減小。（4 4）流域內(nèi)水庫(kù)淤積、庫(kù)容減少、水利設(shè)施）流域內(nèi)水庫(kù)淤積、庫(kù)容減少、水利設(shè)施效率降低。效率降低。112-1 2-1 泥沙的來(lái)源泥沙的來(lái)源二、二、 泥沙來(lái)源分類泥沙來(lái)源分類。（1 1）流域來(lái)沙流域來(lái)沙。即流域地表的沖蝕；。即流域地表的沖蝕；（2 2）河床上沖起的沙河床上沖起的沙。即河床的沖刷；。即河床的沖刷； 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，二者存在著置換作用。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，二者存在著置換作用。（3 3）風(fēng)沙風(fēng)沙（一般不考慮）（一般不考慮）122-2 2-2 泥沙的礦物組成泥沙的礦物組成一、礦物成份一、礦物成份 泥沙來(lái)源于巖

9、石風(fēng)化，則風(fēng)化巖石的礦泥沙來(lái)源于巖石風(fēng)化，則風(fēng)化巖石的礦物成分決定泥沙的礦物成分物成分決定泥沙的礦物成分；不同的風(fēng)化不同的風(fēng)化方式對(duì)巖石礦物成分的影響程度不同，因方式對(duì)巖石礦物成分的影響程度不同，因此風(fēng)化方式也影響泥沙的礦物成分。此風(fēng)化方式也影響泥沙的礦物成分。 （1 1）物理風(fēng)化物理風(fēng)化原生礦物原生礦物 如如：石英、長(zhǎng)石、云母等。石英、長(zhǎng)石、云母等。 （2 2）化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化次生礦物次生礦物 如：次生二氧化硅，蒙脫石，高如：次生二氧化硅，蒙脫石，高嶺土等嶺土等132-2 2-2 泥沙的礦物組成泥沙的礦物組成二、二、礦物的物理特性礦物的物理特性 （1 1） 比重比重 礦物容重與水容重之比。礦

10、物容重與水容重之比。 泥沙的比重一般都在泥沙的比重一般都在2.602.702.602.70之間，通常之間，通常取用取用2.652.65 （2 2） 硬度硬度 硬度是表示礦物抵抗外界機(jī)械作用的硬度是表示礦物抵抗外界機(jī)械作用的能力。能力。 綜合統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江懸沙中硬度綜合統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江懸沙中硬度55的礦物平均約的礦物平均約達(dá)達(dá)80%80%，而水輪機(jī)過(guò)流部件金屬材料硬度一般，而水輪機(jī)過(guò)流部件金屬材料硬度一般55，這是過(guò)流金屬部件受磨損的基本原因。這是過(guò)流金屬部件受磨損的基本原因。14長(zhǎng) 軸 a中 軸 b短 軸 c泥 沙 顆 粒 形 狀1111泥沙的形狀總的來(lái)說(shuō)，顆粒越大，形狀越圓滑；泥沙的形狀總的來(lái)說(shuō)，顆粒

11、越大，形狀越圓滑；顆粒越小，形狀越復(fù)雜。常見(jiàn)的礫石、卵石外顆粒越小，形狀越復(fù)雜。常見(jiàn)的礫石、卵石外形一般呈橢球體。形一般呈橢球體。泥沙的幾何特征指泥沙的泥沙的幾何特征指泥沙的形狀和粒徑形狀和粒徑。2-3 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性152-3 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性一、一、泥沙的粒徑泥沙的粒徑 泥沙顆粒的大小一般用粒徑（泥沙顆粒的大小一般用粒徑（sizesize）來(lái)表示，（或：粒度）。常用的粒徑表來(lái)表示，（或：粒度）。常用的粒徑表示定義和計(jì)算方法有三種：示定義和計(jì)算方法有三種： （1 1）等容粒徑等容粒徑 （2 2）篩分粒徑篩分粒徑 （3 3）沉降粒徑沉降粒徑161212

12、沉降粒徑沉降粒徑（沉降法，（沉降法，適用于粉沙、粘土適用于粉沙、粘土）v水析法水析法篩分粒徑篩分粒徑（適用于礫石、沙粒適用于礫石、沙粒）v篩析法篩析法等容粒徑等容粒徑（稱重法，（稱重法，適用于卵石以上的較大顆粒適用于卵石以上的較大顆粒）v尺量法尺量法泥沙粒徑測(cè)量和計(jì)算方法有三種：泥沙粒徑測(cè)量和計(jì)算方法有三種：泥沙顆粒的大小，通常以泥沙顆粒的大小，通常以顆粒直徑顆粒直徑來(lái)表示，來(lái)表示，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱粒徑粒徑，其符號(hào)為其符號(hào)為D D（或（或d d），單位），單位mmmm。一、泥沙的粒徑一、泥沙的粒徑17313166 sWVD 1313 測(cè)定泥沙顆粒的重量（或體積）測(cè)定泥沙顆粒的重量（或體積） 計(jì)算測(cè)量方

13、法計(jì)算測(cè)量方法等容粒徑是指體積與泥沙顆粒相等的球體直徑。等容粒徑是指體積與泥沙顆粒相等的球體直徑。 定義定義、等容粒徑、等容粒徑(2-1)(2-1)18 3/cbaD 3abcD 1414、等容粒徑、等容粒徑(2-3)(2-3)用幾何平均值表示粒徑用幾何平均值表示粒徑(2-2)(2-2)用其算術(shù)平均值表示粒徑用其算術(shù)平均值表示粒徑 將泥沙看成橢球體，直接測(cè)量其長(zhǎng)軸將泥沙看成橢球體，直接測(cè)量其長(zhǎng)軸a a、中軸、中軸b b、短軸、短軸c c 計(jì)算測(cè)量方法計(jì)算測(cè)量方法19D篩 析 法 示 意 圖1D21515兩篩之間泥沙顆粒的粒徑可以用兩篩網(wǎng)孔徑兩篩之間泥沙顆粒的粒徑可以用兩篩網(wǎng)孔徑的算術(shù)平均值或幾

14、何平均值計(jì)算。的算術(shù)平均值或幾何平均值計(jì)算。沙粒的中軸長(zhǎng)度是比較接近等容粒徑的，因此沙粒的中軸長(zhǎng)度是比較接近等容粒徑的，因此篩析法所測(cè)的粒徑可近似地看成等容粒徑。篩析法所測(cè)的粒徑可近似地看成等容粒徑。、篩分粒徑（篩徑）、篩分粒徑（篩徑）20表2-1 篩號(hào)與孔徑之間的關(guān)系21篩篩 孔孔 孔孔 徑徑D D 上上 下下 兩兩 篩篩 中中 徑徑D D i i 介介 于于 上上 下下 兩兩 篩篩 孔孔 間間 的的 重重 量量 百百分分 比比 p p i i ( ( m m m m ) ) ( ( m m m m ) ) ( ( % % ) ) 1 1 . . 1 1 6 6 8 8 1 1 . . 0

15、0 0 0 1 1 0 0 . . 4 4 8 8 0 0 . . 8 8 3 3 3 3 0 0 . . 7 7 1 1 1 1 5 5 . . 2 2 9 9 0 0 . . 5 5 8 8 9 9 0 0 . . 5 5 0 0 3 3 2 2 1 1 . . 6 6 8 8 0 0 . . 4 4 1 1 7 7 0 0 . . 3 3 5 5 6 6 5 5 2 2 . . 2 2 3 3 0 0 . . 2 2 9 9 5 5 0 0 . . 2 2 5 5 2 2 1 1 8 8 . . 3 3 9 9 0 0 . . 2 2 0 0 8 8 0 0 . . 1 1 7 7 8

16、8 1 1 . . 4 4 8 8 0 0 . . 1 1 4 4 7 7 0 0 . . 1 1 2 2 6 6 0 0 . . 1 1 0 0 . . 1 1 0 0 4 4 0 0 . . 0 0 8 8 9 9 0 0 . . 0 0 5 5 0 0 . . 0 0 7 7 4 4 2626221616這樣所求出的粒徑實(shí)質(zhì)上是與泥沙顆粒密度這樣所求出的粒徑實(shí)質(zhì)上是與泥沙顆粒密度相同、沉速相等的球體直徑。相同、沉速相等的球體直徑。對(duì)于粒徑在對(duì)于粒徑在0.062mm0.062mm以下粉粒和粘粒，已不以下粉粒和粘粒，已不可能進(jìn)一步篩分，只能采用沉降法，如：可能進(jìn)一步篩分，只能采用沉降法，如：

17、比比重計(jì)法、粒徑計(jì)法、吸管法重計(jì)法、粒徑計(jì)法、吸管法等。等。 這些方法的基本原理是，這些方法的基本原理是，通過(guò)測(cè)量沙通過(guò)測(cè)量沙粒在靜水中的沉降速度，按照粒徑與沉速的粒在靜水中的沉降速度，按照粒徑與沉速的關(guān)系式換算成粒徑關(guān)系式換算成粒徑。所得粒徑實(shí)際上為具有。所得粒徑實(shí)際上為具有簡(jiǎn)樣比重同樣沉速的球體直徑。也叫沉降粒簡(jiǎn)樣比重同樣沉速的球體直徑。也叫沉降粒徑，或簡(jiǎn)稱沉徑。徑，或簡(jiǎn)稱沉徑。、沉降粒徑（沉徑）、沉降粒徑（沉徑）23 泥沙按粒徑大小分類泥沙按粒徑大小分類1 1、分類原則、分類原則 表示出不同粒徑級(jí)泥沙性質(zhì)上的顯著差異和性質(zhì)變表示出不同粒徑級(jí)泥沙性質(zhì)上的顯著差異和性質(zhì)變化的規(guī)律性；化的規(guī)律

18、性； 各級(jí)分界粒徑尺度成一定的比例。各級(jí)分界粒徑尺度成一定的比例。2 2、值分級(jí)尺度值分級(jí)尺度 把以把以mmmm為單位的粒徑取以為單位的粒徑取以2 2為底的對(duì)數(shù)并乘以為底的對(duì)數(shù)并乘以 “1 1”，從而使得都是整數(shù)，從而使得都是整數(shù)值。值。 每一分級(jí)粒徑每一分級(jí)粒徑D D可表示為可表示為 D D2 2 或或 （1-41-4） （ 為整數(shù)，為整數(shù)，D D的單位為的單位為mmmm）D2log 171724 運(yùn)用該方法，可以把變化相當(dāng)大的粒徑運(yùn)用該方法，可以把變化相當(dāng)大的粒徑范圍用變化不大的整數(shù)范圍用變化不大的整數(shù)來(lái)表示，來(lái)表示，值值越大表示粒徑越細(xì)。越大表示粒徑越細(xì)。 2n 23 22 21 20

19、2-1 2-2 2-3 2-n 粒徑 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 值 -n -3 -2 -1 0 1 2 3 n 1818253 3、水利工程界分類、水利工程界分類表表2-2 2-2 泥沙顆粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)泥沙顆粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)泥沙分類 粘粒 粉沙 沙粒 礫石 卵石 漂石 粒徑大小 （mm） 200 191926272-3 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性二、二、圓度圓度 指顆粒棱和角的尖銳程度。指顆粒棱和角的尖銳程度。文特沃斯（文特沃斯（wentworthwentworth）定義：顆粒最尖銳棱角的曲率半）定義：顆粒最尖銳棱角的曲率半徑除以顆粒最大內(nèi)切圓的半徑徑除以顆粒最大內(nèi)切圓的半

20、徑 （2-3）r r顆粒最尖銳棱角的曲率半徑，顆粒最尖銳棱角的曲率半徑，R R顆粒最大內(nèi)切圓顆粒最大內(nèi)切圓的半徑。的半徑。 （2-4）r ri i顆粒的平面投影圖像上各角曲率半徑顆粒的平面投影圖像上各角曲率半徑Rr RNrNi/ 沃德?tīng)栁值聽(tīng)枺╳adell)282-3 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性三、三、球度球度 反映沙粒形狀的特征系數(shù)反映沙粒形狀的特征系數(shù)沃德?tīng)栁值聽(tīng)?wadell)(wadell)定義：定義：與顆粒體積的球體直徑與顆粒體積的球體直徑（等容粒徑）和顆粒外接球直徑之比。（等容粒徑）和顆粒外接球直徑之比。用用表示表示 （2-52-5）3131231)6(1)()( Vaa

21、bcaabcaDn 291.1.4四、比表面積四、比表面積DDDe66/32（1）定義）定義泥沙顆粒的表面積與其體積之比。泥沙顆粒的表面積與其體積之比。（2）比表面積的意義）比表面積的意義顆粒越小，比表面積越大；反映泥沙顆粒的物化作用與重力作用物化作用與重力作用的相對(duì)大小，其值 越大，物化作用就越大。 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性30泥沙顆粒的形狀及其成因泥沙顆粒的形狀及其成因泥沙顆粒的泥沙顆粒的最初形狀取決于巖石母質(zhì)和風(fēng)化作用最初形狀取決于巖石母質(zhì)和風(fēng)化作用，隨后在輸運(yùn)過(guò)程中因繼續(xù)受到物理、化學(xué)及生物作用隨后在輸運(yùn)過(guò)程中因繼續(xù)受到物理、化學(xué)及生物作用而不斷改變其形狀，改變的程度或最終

22、形成的形狀取而不斷改變其形狀，改變的程度或最終形成的形狀取決于決于搬運(yùn)介質(zhì)搬運(yùn)介質(zhì)（水、空氣和冰川運(yùn)動(dòng)水、空氣和冰川運(yùn)動(dòng)）和）和搬運(yùn)方式搬運(yùn)方式（滑動(dòng)、滾動(dòng)、跳動(dòng)、懸浮或顆粒流滑動(dòng)、滾動(dòng)、跳動(dòng)、懸浮或顆粒流等）等）圓度在流水搬運(yùn)圓度在流水搬運(yùn)初期迅速增加初期迅速增加，然后增加速度變緩，然后增加速度變緩，直至完全變圓為止。直至完全變圓為止。球度則以一個(gè)球度則以一個(gè)緩慢而穩(wěn)定緩慢而穩(wěn)定的速度增加。的速度增加。312-3 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性四、四、泥沙的泥沙的群體特性群體特性（級(jí)配曲線）（級(jí)配曲線） 河流泥沙河流泥沙具有群體性，顆粒大小不一，含量多少不等，我們?nèi)绾稳コ浞直硎酒涮匦裕?/p>

23、于是提出了粒配曲線(級(jí)配曲線)。粒配曲線粒配曲線：表示天然沙顆粒組成的曲線。32篩篩 孔孔 孔孔 徑徑D D 上上 下下 兩兩 篩篩 中中 徑徑D D i i 介介 于于 上上 下下 兩兩 篩篩 孔孔 間間 的的 重重 量量 百百分分 比比 p p i i ( ( m m m m ) ) ( ( m m m m ) ) ( ( % % ) ) 1 1 . . 1 1 6 6 8 8 1 1 . . 0 0 0 0 1 1 0 0 . . 4 4 8 8 0 0 . . 8 8 3 3 3 3 0 0 . . 7 7 1 1 1 1 5 5 . . 2 2 9 9 0 0 . . 5 5 8 8

24、 9 9 0 0 . . 5 5 0 0 3 3 2 2 1 1 . . 6 6 8 8 0 0 . . 4 4 1 1 7 7 0 0 . . 3 3 5 5 6 6 5 5 2 2 . . 2 2 3 3 0 0 . . 2 2 9 9 5 5 0 0 . . 2 2 5 5 2 2 1 1 8 8 . . 3 3 9 9 0 0 . . 2 2 0 0 8 8 0 0 . . 1 1 7 7 8 8 1 1 . . 4 4 8 8 0 0 . . 1 1 4 4 7 7 0 0 . . 1 1 2 2 6 6 0 0 . . 1 1 0 0 . . 1 1 0 0 4 4 0 0 . .

25、 0 0 8 8 9 9 0 0 . . 0 0 5 5 0 0 . . 0 0 7 7 4 4 332828D D84.184.1D D15.915.9341.1.2u粒配曲線的繪制方法和過(guò)程粒配曲線的繪制方法和過(guò)程取樣篩分，獲取各粒經(jīng)組 Di 泥沙的重量重量；統(tǒng)計(jì)出小于和等于小于和等于各粒經(jīng)Di 的沙重，并算出其占總重的百分比pi；準(zhǔn)備半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙(橫坐標(biāo)為對(duì)數(shù)分格，縱坐標(biāo)是普通分格)；以粒經(jīng)Di 為橫坐標(biāo)(對(duì)數(shù)坐標(biāo)，從大到小從大到小)，小于和等于小于和等于粒經(jīng)Di 的沙重百分比pi 為縱坐標(biāo)(普通坐標(biāo))繪制Dp粒配曲線。2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性35、粒配曲線的意義、粒配曲線的

26、意義 表征泥沙顆粒的粗細(xì)和沙樣的均勻程度。表征泥沙顆粒的粗細(xì)和沙樣的均勻程度。 可直接查出小于某粒徑的泥沙在總沙樣中所可直接查出小于某粒徑的泥沙在總沙樣中所占的重量百分?jǐn)?shù)；也可查出總沙樣中某重量占的重量百分?jǐn)?shù)；也可查出總沙樣中某重量百分?jǐn)?shù)泥沙的上限粒徑。百分?jǐn)?shù)泥沙的上限粒徑。2121D D5050=0.0073mm=0.0073mm361.1.2a、b組成較均勻，變化范圍窄，組成較均勻，變化范圍窄，但但a 較粗，較粗，b較細(xì)。較細(xì)。2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性c組成不均勻，變化范圍組成不均勻，變化范圍大，各組粒經(jīng)含量接近。大，各組粒經(jīng)含量接近。d組成很均勻，組成很均勻，變化范圍小。變化

27、范圍小。37 2-3 2-3 泥沙的幾何泥沙的幾何特性特性 四、四、泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）（2 2）粒徑分布的特征值粒徑分布的特征值上限粒徑上限粒徑在總沙樣中占某重量百分?jǐn)?shù)的泥在總沙樣中占某重量百分?jǐn)?shù)的泥沙的上限粒徑。如沙的上限粒徑。如D D5 5,D,D1010,D,D5050等等。等等。D D5050中值粒徑，小于該粒徑和大于該粒徑的中值粒徑，小于該粒徑和大于該粒徑的泥沙顆粒各占泥沙顆粒各占50%50%。DmDm平均粒徑，即各粒徑組平均粒徑的重量平均粒徑，即各粒徑組平均粒徑的重量百分比的加權(quán)平均值。百分比的加權(quán)平均值。 （2-62-6） niiimpDD110

28、0138 2-3 2-3 泥沙的幾何泥沙的幾何特性特性 四、四、泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）D Dmgmg幾何平均粒徑，即粒徑取對(duì)數(shù)后進(jìn)行平幾何平均粒徑，即粒徑取對(duì)數(shù)后進(jìn)行平均運(yùn)算，最終求得的平均粒徑值稱為幾何平均均運(yùn)算，最終求得的平均粒徑值稱為幾何平均粒徑。粒徑。反映沙樣的代表粒徑反映沙樣的代表粒徑因：因： （2-72-7） 均方差均方差 ：表示泥沙組成的非均勻程度表示泥沙組成的非均勻程度, ,0 0均均勻，越大越不均勻，反映沙樣粒徑的變化范圍勻，越大越不均勻，反映沙樣粒徑的變化范圍大小。大小。 niiimgpDD1ln1001ln)ln1001exp(1 niiim

29、gpDD9 .151 .84lnDD39401.1.225750DDS 2exp250DDm均勻沙 =0，DmD50；非均勻沙 0，DmD50 。9 .151 .84lnDD分選系數(shù)分選系數(shù)(非均勻系數(shù)非均勻系數(shù))S0：仍表示泥沙組成的非均勻程度，1均勻，越大越不均勻 。Dm與與 D50的關(guān)系的關(guān)系： 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性 四、四、泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）雖然泥沙中值粒徑與幾何平均粒徑并不完全相等，但其差別一雖然泥沙中值粒徑與幾何平均粒徑并不完全相等，但其差別一般般 不大，所以可以用泥沙中值粒徑近似代替幾何平均粒徑。不大，所以可以用泥沙中值粒徑近似代

30、替幾何平均粒徑。411.1.3u五、孔隙率與孔隙比五、孔隙率與孔隙比孔隙率孔隙率n：沙樣中孔隙的體積與沙樣總體積之比。 n=V孔隙/V總 ?？紫侗瓤紫侗萫：沙樣中孔隙的體積與沙樣顆粒體積之比。 e=V孔隙/(V總- V孔隙) 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性421.1.3u天然沙孔隙率的一般規(guī)律天然沙孔隙率的一般規(guī)律沙樣越粗，孔隙率越??；粗砂：3940；中沙：4148；細(xì)沙：44-49；粘土絮凝后可達(dá)90均勻沙的孔隙率最大；形狀圓滑的、棱角不分明的沙樣孔隙率較??；沉積時(shí)間越長(zhǎng)，孔隙率越小。 2-3 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性 四、四、泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）泥沙的粒配曲線（級(jí)配曲線）4

31、32-4 2-4 泥沙的重力特性泥沙的重力特性一、一、泥沙的一般重力特性泥沙的一般重力特性 （1 1）密度）密度密度密度顆粒單位體積內(nèi)所含的質(zhì)量。顆粒單位體積內(nèi)所含的質(zhì)量。國(guó)際單位：千克國(guó)際單位：千克/ /米米3 3 kg/m kg/m3 3 ；克；克/ /米米3 3 g/m g/m3 3 ；工程單位：噸工程單位：噸/ /米米3 3 t/m t/m3 3，公斤，公斤/ /米米3 3 kg/m kg/m3 3；一般泥沙密度：一般泥沙密度：=2650 kg/m=2650 kg/m3 3; ; （2 2）容重（重度）容重（重度）容重（重度）容重（重度）泥沙顆粒實(shí)有重量與實(shí)有體積的比值。泥沙顆粒實(shí)有重

32、量與實(shí)有體積的比值。國(guó)際單位：牛國(guó)際單位：牛/ /米米3 3 N/m N/m3 3 ；工程單位：噸力工程單位：噸力/ /米米3 3 tf/m tf/m3 3，公斤力，公斤力/ /米米3 3 kgf/m kgf/m3 3；一般泥沙容重：一般泥沙容重：=25970N/m=25970N/m3 3=26 kN/m=26 kN/m3 3=2650 kgf/m=2650 kgf/m3 3; ; 44 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性一、一、泥沙的一般重力特性泥沙的一般重力特性 （3 3）比重）比重比重比重固體泥沙顆粒重量與同體積固體泥沙顆粒重量與同體積4 4水的重量水的重量之比。之比。無(wú)量綱，

33、一般泥沙比重：無(wú)量綱，一般泥沙比重：=2.65 =2.65 （4 4）有效容重系數(shù)（有效密度系數(shù)）有效容重系數(shù)（有效密度系數(shù)）泥沙在水中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，既與泥沙容重有關(guān)，又與泥沙在水中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，既與泥沙容重有關(guān)，又與水的容重有關(guān)，在分析計(jì)算時(shí)，常出現(xiàn)相對(duì)數(shù)水的容重有關(guān)，在分析計(jì)算時(shí)，常出現(xiàn)相對(duì)數(shù)值，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，令值，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，令 或或 常取常取a=1.65.a=1.65. sa sa45 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性一、一、泥沙的一般重力特性泥沙的一般重力特性（5 5）干容重）干容重單位體積單位體積沙樣經(jīng)過(guò)沙樣經(jīng)過(guò)100105100105溫度烘干后，溫度烘干后，其重量與原狀沙樣整個(gè)

34、體積的比值，稱為泥其重量與原狀沙樣整個(gè)體積的比值，稱為泥沙的干容重。沙的干容重。符號(hào)：符號(hào)： ，單位：，單位： N/m N/m3 3 ，tf/mtf/m3 3，kgf/mkgf/m3 3；s干容重干容重：?jiǎn)挝凰缮Ⅲw積的重量單位松散體積的重量， s 2.9416.66kN/m3干密度干密度：?jiǎn)挝凰缮Ⅲw積的質(zhì)量單位松散體積的質(zhì)量， s 0.31.7t/m3461.3.2)1 ()1 (nnssssu干容重與孔隙率干容重與孔隙率n的關(guān)系的關(guān)系u影響干容重的主要因素影響干容重的主要因素：泥沙顆粒大小的影響泥沙顆粒大小的影響：顆粒越大， s越大，變化范圍?。?顆粒越小， s越小，變化范圍大。 如：D0.

35、04mm， s 0.551.25t/m3 D0.2mm， s 1.41.7 t/ m3)mm0 . 1(095. 0exp472. 089. 1)mm0 . 1(441. 11131DDDDDDDs471.3.2u影響干容重的主要因素影響干容重的主要因素：泥沙淤積厚度的影響泥沙淤積厚度的影響：淤積越厚， s越大，變化范圍越?。?淤積越淺， s越小，變化范圍越大。TKssTlg0 如：官?gòu)d水庫(kù)淤厚10m處，s 1.471.55 t/ m3 ,1m處，s 0.731.30 t/ m3泥沙淤積歷時(shí)的影響泥沙淤積歷時(shí)的影響：沉積越短， s越?。?沉積越長(zhǎng)， s越大，然后趨于穩(wěn)定值； 大顆粒穩(wěn)定歷時(shí)短，

36、細(xì)顆粒穩(wěn)定歷時(shí)長(zhǎng)。泥沙組成的影響泥沙組成的影響：組成越均勻，孔隙率越大， s越??； 組成越不均勻，孔隙率越小， s越大。48 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性一、一、泥沙的一般重力特性泥沙的一般重力特性 （6 6）渾水容重渾水容重 單位體積渾水的重單位體積渾水的重量量，單位：，單位： N/m N/m3 3 ，tf/mtf/m3 3，kgf/mkgf/m3 3； （7 7）含沙量含沙量單位體積渾水中固體泥沙顆單位體積渾水中固體泥沙顆粒所占比例，粒所占比例， 重量含沙量重量含沙量 體積比含沙量體積比含沙量m VSWS渾水總體積泥沙顆粒的體積 VS渾水總體積泥沙所占重量 WSvsvsvv

37、wmSSSSS)()1()1( vswSS 49SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSWWSSVVSSVWSSSVSVSWVSWVSVSVVSSVSVSWVSWVSWWSVVS1)(1)()1 ( 單位體積渾水重量1)()(重量比含沙量)(體積積比含沙)kg/m(含沙量3間的關(guān)系：間的關(guān)系無(wú)量剛渾水重量泥沙所占重量：無(wú)量剛渾水體積泥沙所占體積：量量，單位渾水體積的泥沙重渾水體積泥沙所占重量：50 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性一、一、泥沙的一般重力特性泥沙的一般重力特性（8 8）水下休止角水下休止角 在靜水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定在靜水中的泥沙，由于摩擦

38、力的作用，可以形成一定的穩(wěn)定的傾斜面，此面與水平面的交角稱為泥沙的水下的穩(wěn)定的傾斜面，此面與水平面的交角稱為泥沙的水下休止角休止角水下休止角水下休止角：泥沙在靜水下自然堆積的坡面傾角， 。水下休止角與泥沙粒徑、級(jí)配、形狀有關(guān)。對(duì)于淤泥來(lái)說(shuō)，水下休止角與泥沙粒徑、級(jí)配、形狀有關(guān)。對(duì)于淤泥來(lái)說(shuō)，還與其密實(shí)程度（含泥濃度）有關(guān)。無(wú)粘性顆粒的棱角還與其密實(shí)程度（含泥濃度）有關(guān)。無(wú)粘性顆粒的棱角越尖利，則越尖利，則越大。越大。D27. 15 .32天津大學(xué)研究，天津大學(xué)研究， ()與與D(mm)有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 51 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性一、一、泥沙的一般重力特性泥沙的一

39、般重力特性（9 9）水下摩擦系數(shù)水下摩擦系數(shù)泥沙的水下休止角的正切值。泥沙的水下休止角的正切值。 （2-112-11）泥沙的水下摩擦系數(shù)對(duì)于分散顆粒一般隨粒泥沙的水下摩擦系數(shù)對(duì)于分散顆粒一般隨粒徑的減少而減小。徑的減少而減小。 tan fWW cosW sin tgWWf cossin522-4 2-4 泥沙的重力特性泥沙的重力特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度靜水中的泥沙沉速是泥沙顆粒的重要基本特性靜水中的泥沙沉速是泥沙顆粒的重要基本特性（1 1）定義：定義：所謂泥沙的所謂泥沙的沉降速度沉降速度，一般都是指達(dá)到等速，一般都是指達(dá)到等速運(yùn)動(dòng)以后的下沉速度。運(yùn)動(dòng)以后的下沉速度。由于粒徑愈粗

40、，沉降速度愈大，因此，又稱由于粒徑愈粗，沉降速度愈大，因此，又稱水力粗度水力粗度它反映泥沙在與水流相互作用時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)的抗它反映泥沙在與水流相互作用時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)的抗拒能力。組成河床的泥沙沉速越大，則泥沙拒能力。組成河床的泥沙沉速越大，則泥沙參與運(yùn)動(dòng)的傾向越小。參與運(yùn)動(dòng)的傾向越小。53 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（2 2）泥沙沉速）泥沙沉速設(shè)粒徑為設(shè)粒徑為D D的圓形粒徑泥沙在水體中作等速沉降的圓形粒徑泥沙在水體中作等速沉降運(yùn)動(dòng)，其重力作用與阻力相等。運(yùn)動(dòng)，其重力作用與阻力相等。重力（下沉力）：重力（下沉力）：54 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重

41、力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（2 2）泥沙沉速）泥沙沉速設(shè)粒徑為設(shè)粒徑為D D的圓形粒徑泥沙在水體中作等速沉降的圓形粒徑泥沙在水體中作等速沉降運(yùn)動(dòng)，其重力作用與阻力相等。運(yùn)動(dòng)，其重力作用與阻力相等。阻力：阻力：55(2) (2) 泥沙的沉速泥沙的沉速球體沉降阻力球體沉降阻力牛頓繞流阻力的一般表達(dá)式牛頓繞流阻力的一般表達(dá)式 圓球沉降時(shí)，水體對(duì)球體施加的阻力為圓球沉降時(shí)，水體對(duì)球體施加的阻力為 (1-14)(1-14)WFgVACFD22 gDCFD2422 56 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度重力：重力：阻力：阻力： C CD

42、D泥沙阻力系數(shù)泥沙阻力系數(shù)；阻力系數(shù)阻力系數(shù)C CD D的計(jì)算方法與繞流流態(tài)有關(guān)，在層流的計(jì)算方法與繞流流態(tài)有關(guān)，在層流和紊流的不同情況下量值差別很大。和紊流的不同情況下量值差別很大。6)(3DWs 2422 DCFD 246)(223 DCDFWDs gDCsD )(1342 57 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度 DRed 實(shí)踐證明，實(shí)踐證明，泥沙顆粒在靜水中下沉?xí)r的運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒在靜水中下沉?xí)r的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與沙粒雷諾數(shù)有關(guān)。狀態(tài)與沙粒雷諾數(shù)有關(guān)。58 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度 DRed 59

43、 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度 DRed 60 DD Re泥沙運(yùn)動(dòng)泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)狀態(tài)示意圖示意圖 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) （顆粒周圍水（顆粒周圍水體流態(tài)）體流態(tài)） 沙粒鉛直下沉， 周圍水體幾沙粒鉛直下沉， 周圍水體幾乎不發(fā)生紊動(dòng)現(xiàn)象。乎不發(fā)生紊動(dòng)現(xiàn)象。 顆粒擺動(dòng)下沉， 顆粒后的水體顆粒擺動(dòng)下沉， 顆粒后的水體開(kāi)始發(fā)生擾動(dòng)、產(chǎn)生漩渦。開(kāi)始發(fā)生擾動(dòng)、產(chǎn)生漩渦。 顆粒盤旋下沉，附近水體產(chǎn)生顆粒盤旋下沉，附近水體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)和渦動(dòng)。強(qiáng)烈的擾動(dòng)和渦動(dòng)。 DRe 5 . 0Re D 10005 . 0Re D 1000Re D 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) （繞流流態(tài)）（

44、繞流流態(tài)） 層流區(qū)層流區(qū) （滯流區(qū)滯流區(qū)，滯性區(qū)），滯性區(qū)） 過(guò)渡區(qū)（介流區(qū)）過(guò)渡區(qū)（介流區(qū)） 紊流區(qū)紊流區(qū)（紊動(dòng)區(qū)紊動(dòng)區(qū)） 泥沙沉降的運(yùn)動(dòng)形式泥沙沉降的運(yùn)動(dòng)形式61（3 3）球體沉降的阻力系數(shù)球體沉降的阻力系數(shù)（求解圓球沉降的關(guān)鍵參數(shù)?。ㄇ蠼鈭A球沉降的關(guān)鍵參數(shù)?。?球體的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系圖（球體的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系圖（CDReD曲線）曲線）62 試驗(yàn)結(jié)果分析： 、球體沉降時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于滯流區(qū)、球體沉降時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于滯流區(qū)，沉降阻力主要為粘滯力，阻力系數(shù)與，沉降阻力主要為粘滯力，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)成線性關(guān)系；沙粒雷諾數(shù)成線性關(guān)系；63球體層流區(qū)阻力系數(shù)的理論解球體層流區(qū)阻力系

45、數(shù)的理論解 StokesStokes從理論上求得，圓球在層流區(qū)所從理論上求得，圓球在層流區(qū)所受的阻力為受的阻力為 由牛頓繞流阻力所得的圓球繞流阻力的一由牛頓繞流阻力所得的圓球繞流阻力的一般表達(dá)式般表達(dá)式 于是，得于是，得 DDF33 gDCDFD24322 DDDCRe2424 64 試驗(yàn)結(jié)果分析： 、球體沉降時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于紊流區(qū)，沉、球體沉降時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于紊流區(qū)，沉降阻力主要為紊動(dòng)阻力，粘滯阻力可以忽略降阻力主要為紊動(dòng)阻力，粘滯阻力可以忽略不計(jì)。阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)無(wú)關(guān)，接近于不計(jì)。阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)無(wú)關(guān)，接近于常數(shù)常數(shù) ；45. 0 DC65 試驗(yàn)結(jié)果分析： 、球體下沉處于過(guò)渡區(qū)，沉

46、降阻力中粘滯、球體下沉處于過(guò)渡區(qū)，沉降阻力中粘滯阻力和紊動(dòng)阻力都不能忽略。由阻力和紊動(dòng)阻力都不能忽略。由C CD D ReReD D圖可圖可知，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系知，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系。66（5 5）球體沉速的一般表達(dá)式）球體沉速的一般表達(dá)式列出圓球沉降時(shí)力的平衡方程列出圓球沉降時(shí)力的平衡方程 可得球體在靜水中沉速的一般表達(dá)式可得球體在靜水中沉速的一般表達(dá)式 gDCDDs246223 gDCsD 3467（6）層流區(qū)、紊流區(qū)和過(guò)渡區(qū)圓球沉速公式）層流區(qū)、紊流區(qū)和過(guò)渡區(qū)圓球沉速公式、層流區(qū)圓球沉速公式（、層流區(qū)圓球沉速公式（ ） 將將 代入球體在靜水中沉速的一般表

47、達(dá)式代入球體在靜水中沉速的一般表達(dá)式 此式即為層流區(qū)的球體沉速公式，又稱此式即為層流區(qū)的球體沉速公式，又稱Stokes公式公式。5 . 0Re D 2181gDs DCD24 gDCsD 3468、紊流區(qū)圓球沉速公式、紊流區(qū)圓球沉速公式 球體沉降處于紊流區(qū)，由試驗(yàn)曲線圖知，球體沉降處于紊流區(qū)，由試驗(yàn)曲線圖知， 代入球體在靜水中沉速的一般表達(dá)式代入球體在靜水中沉速的一般表達(dá)式 45. 0 DCgDs 72. 1gDCsD 3469過(guò)渡區(qū)球體沉速 過(guò)渡區(qū)，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲過(guò)渡區(qū)，阻力系數(shù)與沙粒雷諾數(shù)之間呈曲線關(guān)系。線關(guān)系。 gDCsD 3470過(guò)渡區(qū)沉速公式（過(guò)渡區(qū)沉速公式（ ） 張瑞

48、瑾各區(qū)統(tǒng)一沉速公式（武大公式） 過(guò)渡區(qū)的阻力過(guò)渡區(qū)的阻力泥沙的有效重力泥沙的有效重力取取其中，其中，k k1 1,k,k2 2 為過(guò)渡區(qū)系數(shù)，經(jīng)簡(jiǎn)單換算，得為過(guò)渡區(qū)系數(shù)，經(jīng)簡(jiǎn)單換算，得利用實(shí)測(cè)資料，確定利用實(shí)測(cè)資料，確定得，得，2232 DkDkF 31DkWs WF gDkdkkdkks 1212123444mmD41 . 0 266. 4223. 121 kk，DgDDs 95.1309. 195.132 71 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（7 7）球體）球體沉速計(jì)算公式沉速計(jì)算公式1 1、 沉沉降滯流區(qū)降滯流區(qū)2 2、 沉沉降紊動(dòng)區(qū)降紊

49、動(dòng)區(qū)3 3、 沉沉降過(guò)渡區(qū)降過(guò)渡區(qū)5 .0 edR 2)(181Dgs 1000 edRgDs )(72. 1 10005 .0 edRgDCgDCsDsD )(134)(134 mmDRed076.01 .0 或mmDRed4 .01000 或721.4.2u實(shí)例計(jì)算實(shí)例計(jì)算1 2-4 泥沙的重力特性泥沙的重力特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度731.4.2u實(shí)例計(jì)算實(shí)例計(jì)算2 (Fig) 2-4 泥沙的重力特性泥沙的重力特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度74Fig1-y675、崗恰洛夫公式、崗恰洛夫公式 層流區(qū)沉速公式（層流區(qū)沉速公式（ ） 球體層流區(qū)沉速公式（球體層流區(qū)沉速公

50、式（StokesStokes公式）公式） 泥沙沉降阻力大于球體沉降阻力，天然泥沙泥沙沉降阻力大于球體沉降阻力，天然泥沙沉速應(yīng)較球體沉速小，所以應(yīng)該乘以一個(gè)小沉速應(yīng)較球體沉速小，所以應(yīng)該乘以一個(gè)小于于1 1的系數(shù)。的系數(shù)。 泥沙在層流區(qū)的崗恰洛夫沉速公式為泥沙在層流區(qū)的崗恰洛夫沉速公式為 mmD15. 0 2181gDs 2224118175. 0gDgDss 泥沙并非球體，沉速應(yīng)有所不同，目前存在多家公式泥沙并非球體，沉速應(yīng)有所不同，目前存在多家公式。76 紊流區(qū)沉速公式（紊流區(qū)沉速公式（ ）紊流區(qū)泥沙沉降阻力值大致在紊流區(qū)泥沙沉降阻力值大致在0.9-1.40.9-1.4之間之間崗恰洛夫取崗恰

51、洛夫取泥沙沉降阻力為泥沙沉降阻力為 泥沙在水流中的有效重力為泥沙在水流中的有效重力為 將阻力系數(shù)帶入將阻力系數(shù)帶入 ，并令，并令便得泥沙在紊流區(qū)的沉速公式便得泥沙在紊流區(qū)的沉速公式 17. 1 DCgDCFD2422 63DWs gDs 068. 1mmD5 . 1 FWF 77 過(guò)渡區(qū)沉速公式（ ）mmD5 . 115. 0 沉沉速速公公式式 沉沉速速與與各各變變量量的的關(guān)關(guān)系系 層層流流區(qū)區(qū) 2241gDs 與與2D， g g、 s（有有效效容容重重系系數(shù)數(shù)）的的一一次次方方及及1 成成正正比比 過(guò)過(guò)渡渡區(qū)區(qū) Dgs3/23/13/2 與與D、與與g g 和和 s的的2 2/ /3 3 次

52、次方方、及及3/1 成成正正比比 紊紊流流區(qū)區(qū) gDs 068. 1 與與D、g g 和和 s（有有效效容容重重系系數(shù)數(shù)）的的1 1/ /2 2 次次方方及及0成成正正比比 備備注注 TDD037. 0107 . 383lg081. 0 T T為水溫，為水溫，D0D01.5mm1.5mm，計(jì)算時(shí)，計(jì)算時(shí)D D與與D0D0的單位應(yīng)該一致。的單位應(yīng)該一致。78、沙玉清沉速公式、沙玉清沉速公式 層流區(qū)沉速公式（層流區(qū)沉速公式（ ） 與崗恰洛夫的考慮相同，得出與崗恰洛夫完與崗恰洛夫的考慮相同，得出與崗恰洛夫完全一致的公式全一致的公式 紊流區(qū)沉速公式（紊流區(qū)沉速公式（ ）沙玉清取紊流區(qū)泥沙沉降的阻力系數(shù)

53、沙玉清取紊流區(qū)泥沙沉降的阻力系數(shù)得，得，mmD1 . 0 2241gDs mmD2 02. 1 DCgDs 14. 179 過(guò)渡區(qū)沉速公式（過(guò)渡區(qū)沉速公式（ ）、沉降判數(shù) 與粒徑判數(shù)令 mmD21 . 0 14334Re32ssDDggDDCaS 343ReaDDSC 3/13/13/13/1Re34 DDsaCgS 80令令 沙玉清過(guò)渡區(qū)泥沙沉速的實(shí)用算式沙玉清過(guò)渡區(qū)泥沙沉速的實(shí)用算式 3/23/13/13/13/13/1Re DggDSssaD DffSa， 39777. 5lg790. 3lg22 aS39374. 5lg386. 3lg23/223/1 D811.4.3821.4.3

54、8384 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度層流區(qū)，采用層流區(qū)，采用StokesStokes公式；公式；過(guò)渡區(qū)，采用沙玉清的過(guò)渡區(qū)公式；過(guò)渡區(qū)，采用沙玉清的過(guò)渡區(qū)公式；紊流區(qū)，采用崗恰洛夫紊流區(qū)公式；紊流區(qū)，采用崗恰洛夫紊流區(qū)公式；在實(shí)際工作中，常采用張瑞瑾各區(qū)統(tǒng)一公式計(jì)算沉速。在實(shí)際工作中，常采用張瑞瑾各區(qū)統(tǒng)一公式計(jì)算沉速。851.4.4前述理想沉速：前述理想沉速：?jiǎn)晤w粒、靜水、均勻、無(wú)限體、清水等，自然界不存在。實(shí)際河流情況：實(shí)際河流情況：群體、動(dòng)水、非勻速、有界、渾水、含雜質(zhì)、紊動(dòng)等。因此需要一定修正。因此需要一定修正。目前有一定研究成果，主

55、要研究目前有一定研究成果，主要研究形狀形狀、水質(zhì)水質(zhì)、含水量含水量對(duì)對(duì)沉速的影響，但不很成熟。沉速的影響，但不很成熟。 2-4 泥沙的重力特性泥沙的重力特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度86 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（7 7）影響泥沙沉速其它因素）影響泥沙沉速其它因素871.4.4u泥沙顆粒形狀對(duì)沉速的影響泥沙顆粒形狀對(duì)沉速的影響gDabcabcCsD3/23/472. 145. 0紊流區(qū)對(duì)于球體：對(duì)于球體：a=b=c, CD=0.45,與前面一樣；與前面一樣；對(duì)于偏平體：越偏平，沉速越小。對(duì)于偏平體：越偏平，沉速越小。泥沙難以量測(cè)

56、形狀，但礫、卵、塊石等存在a、b、c三軸；方位不同，下沉受阻面積及阻力不一樣，自然不一樣；但通常會(huì)自動(dòng)調(diào)整到與短軸c方向一致，即阻力最大的方向；目前有研究成果：88 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（7 7）影響泥沙沉速其它因素）影響泥沙沉速其它因素89 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（7 7）影響泥沙沉速其它因素）影響泥沙沉速其它因素90 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（7 7）影響泥沙沉速其它因素）影響泥沙沉速其它因素91 2-4 2-4 泥沙

57、的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（7 7）影響泥沙沉速其它因素）影響泥沙沉速其它因素92 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（5 5）天然沙（靜水）天然沙（靜水）沉速計(jì)算公式沉速計(jì)算公式93 2-4 2-4 泥沙的重力泥沙的重力特性特性二、二、泥沙的沉降速度泥沙的沉降速度（6 6）（天然沙）群體沉速）（天然沙）群體沉速對(duì)渾水來(lái)說(shuō)，對(duì)其中任一顆泥沙來(lái)說(shuō)，其他顆粒的存在對(duì)渾水來(lái)說(shuō)，對(duì)其中任一顆泥沙來(lái)說(shuō)，其他顆粒的存在將對(duì)它的沉降產(chǎn)生影響。將對(duì)它的沉降產(chǎn)生影響?？梢苑炙姆N情況來(lái)考慮：可以分四種情況來(lái)考慮：非粘性粗顆粒泥沙的群體

58、沉速，粘性顆粒泥沙的群體沉非粘性粗顆粒泥沙的群體沉速，粘性顆粒泥沙的群體沉速，粗顆粒泥沙在粘性顆粒漿液中沉速，非均勻顆?；焖伲诸w粒泥沙在粘性顆粒漿液中沉速，非均勻顆?；旌仙车娜后w沉速。合沙的群體沉速。u非粘性均勻粗顆粒泥沙的群體沉速。非粘性均勻粗顆粒泥沙的群體沉速。低含沙量：低含沙量： 高含沙量：高含沙量： 5 . 0024. 11vkS mvS )1(0 942-5 2-5 細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)質(zhì)泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)主要指細(xì)顆粒泥沙的物理泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)主要指細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)。 由于細(xì)顆粒泥沙的比表面積很大，有較強(qiáng)由于細(xì)顆粒泥沙的比表面積很大，有

59、較強(qiáng)的吸附作用，故細(xì)顆粒泥沙表面的物理化學(xué)作的吸附作用，故細(xì)顆粒泥沙表面的物理化學(xué)作用顯得特別突出，從而對(duì)細(xì)顆粒泥沙的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)用顯得特別突出，從而對(duì)細(xì)顆粒泥沙的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生重要的影響。生重要的影響。細(xì)顆粒泥沙因物理化學(xué)作用而具有粘性，又稱細(xì)顆粒泥沙因物理化學(xué)作用而具有粘性，又稱為粘性泥沙，簡(jiǎn)稱粘粒。為粘性泥沙，簡(jiǎn)稱粘粒。細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)作用的大小與顆粒的比細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)作用的大小與顆粒的比表面積有關(guān)。表面積有關(guān)。95+- - -+ + +擴(kuò)散層吸附層雙電層泥沙顆粒中性水層內(nèi)外層96一、電化學(xué)性質(zhì)一、電化學(xué)性質(zhì)1 1、泥沙顆粒周圍的雙電層、泥沙顆粒周圍的雙電層泥沙顆粒表面一般帶有負(fù)電荷泥沙顆

60、粒表面一般帶有負(fù)電荷(1)(1)、雙電層的內(nèi)層、雙電層的內(nèi)層+- - -+ + +擴(kuò)散層吸附層雙電層泥沙顆粒中性水層內(nèi)外層2 2泥沙顆粒比表面積很大，泥沙顆粒比表面積很大，具有較強(qiáng)的吸附作用，具有較強(qiáng)的吸附作用，吸附負(fù)離子后與其牢固吸附負(fù)離子后與其牢固結(jié)合，組成結(jié)合，組成“負(fù)離子層負(fù)離子層”即為雙電層的內(nèi)層。即為雙電層的內(nèi)層。971 1、泥沙顆粒周圍的雙電層、泥沙顆粒周圍的雙電層+- - -+ + +擴(kuò)散層吸附層雙電層泥沙顆粒中性水層內(nèi)外層2 22 2、雙電層的外層、雙電層的外層 、吸附層、吸附層 、擴(kuò)散層、擴(kuò)散層表面帶負(fù)電荷的細(xì)顆表面帶負(fù)電荷的細(xì)顆粒泥沙在含電解質(zhì)的粒泥沙在含電解質(zhì)的水中，由