第十章淤泥质海滩的泥沙运动

1、LOGO第十章 淤泥质海滩的泥沙运动LOGO形成：沿冲积平原或冲积海积平原外缘发育成的、由淤泥组成的水浅坡缓的海滩。 淤泥质海滩特点：海滩坡度平缓；泥沙颗粒极细。淤泥质的性质随颗粒的组成、含沙量、密度的不同而不同。LOGO我国淤泥质潮滩分布略图LOGO珠海唐家 天津LOGO主要内容123细颗粒泥沙的沉积特性淤泥的性质及其运动规律淤泥质海滩的冲刷与淤积LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性一、絮凝现象1、双电子层性质颗粒周围双电子层及束缚水示意图泥沙颗粒的结合与双电子层的厚度有关。细泥沙颗粒表面带有负电荷，吸引反离子，形成吸附层和扩散层 。絮凝：离子浓度增加，双电层厚度减小，当减小到临界值以下时，

2、颗粒就会相互结合。絮散：离子浓度减小，双电层厚度增加，扩散层中的离子有较大的活动性，颗粒就会相互分离。LOGO2.絮凝的影响因素泥沙的矿物、泥沙粒径、含沙浓度（1）泥沙粒径。泥沙粒径越细，颗粒表面的物理化学作用越强，絮凝现象越明显。研究表明把0.01mm作为粒径界限。（2）含沙浓度。第一节 细颗粒泥沙的沉积特性刚絮凝时絮凝体均匀的悬浮在水中浓度增大絮凝体相互干扰，联结成网架结构浓度再次增大絮团相互靠近，网架结构密实LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性二、絮凝沉速1.絮凝沉降的过程：絮凝沉降段、制约沉降段、群体沉降段、密实段。2.沉速影响因素如下：盐度较小时，沉速随盐度的增大而增大；超过某一临界

3、值后，将不受影响粒径絮凝因子F沉速随沉距的增大并不是等比例增加，沉距的加大，沉速增加缓慢。水温影响水的粘性系数，沉速与粘性系数成反比。LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性5050DFF絮凝因子F与基本颗粒大小的关系曲线3.絮凝作用的强弱：絮凝因子F50F为絮凝极限沉速为泥沙基本颗粒沉速50DF与泥沙中值粒径的关系极限沉速在0.15-0.6mm/LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性4.絮凝沉速和群体沉速关系式。（1）絮凝沉降关系式 （2）群体沉降关系式偏离直线，群体沉降阶段已经不存在，进入密实段。1.15-1.20t/LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性三、固结特性细颗粒泥沙除了絮凝沉降外，还会

4、发生固结压密。1 234含水量高、密度低的蜂窝状结构的淤积物在集合体之间较脆弱的联结处破裂，形成较密实的淤积物絮团之间的联结破坏，许多絮团排列成层淤积物成为颗粒密集排列的均匀结构LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性LOGO第一节 细颗粒泥沙的沉积特性固结压密是排水过程。固结方程lgtC淤积物密度和含沙量关系深度z处的含沙量和表层含沙量的关系nlgza CCZLOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律淤泥的物理性质随着含沙量、含水量变化，分为流体、粘性体、粘性土三种类型。一、流体型淤泥-浑水1.特点：含水量大，呈流体状，密度小于1.02-1.03t/m3,含沙量约为30-50g/m3，也称浑水。流变

5、特性服从牛顿定律2.异重流的特质两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。 LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律异重流的速度dguKmm-gg其中淤积泥沙含量增加，K值减小相对流速超过某一个临界值时水体Re较小时，所挟带的泥沙将发生沉淀异重流的消失或减弱LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律二、粘性体淤泥-浮泥1.特点：较大的流动性，密度为1.03-1.20t/m3,称这种粘性体淤泥为“浮泥”。2.浮泥的两个主要性质。（1）浮泥是宾汉体，切应力与切变速率之间不符合 牛顿定律，其流变方程B和是浮泥力学性质的重要指标 ，与含沙量有关。LOGO第二节 淤泥的性质及

6、其运动规律钱宁、马惠民试验研究浮泥相对粘性系数、初始剪应力与含沙量的关系密尼奥试验研究极限切应力与含沙量的关系Kn为系数，与泥沙颗粒性质、水质有关。颗粒越细，系数越大。LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律（2）触变当浮泥含沙量在某一范围时，在机械作用下或波浪脉动压力作用下，浮泥会发生液化而变为溶胶或悬浮液，刚度和剪切力显著降低。这一触即发的现象，叫做触变。触变性质与淤积物的颗粒大小、形状、矿物成分及所含的水质有一定的关系。LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律3.波浪作用下浮泥的运动特性（1）底部浮泥流波浪作用下，浮泥层中也产生相应的波动。刘家驹的实验研究LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规

7、律莱米特的试验研究LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律表10-1 波浪作用下浮泥面坡降和浮泥流量在有浮泥流存在的淤泥质海岸，波浪作用下平衡剖面的塑造伴随着浮泥面坡降的改变而改变LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律图10-9 清水及浮泥层中的质量输移速度分布LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律浮泥层中最大水平轨迹速度天津大学把浮泥层假设为各向同性的均质宾汉体，其上部流体分成两部分：交界面上的粘性边界层和清水区为理想流体，得出LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律浮泥面上的清水层在流动时，将影响交界面的稳定性。陈全的实验研究得出浮泥和清水交界面失去稳定性的水流的平均流速随着浮泥密度的变化，V

8、的变化范围在8.0-22.5cm/s之间。LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律（2）浮泥的悬扬当波浪加大到一定程度并作用较长时间后，浮泥中的泥沙颗粒开始自浮泥层中悬起，进入清水区，交界面上以上的水层变浑，以悬移质的形式运动。刘家驹根据相关实验研究，得出二维稳定条件下浮泥含沙量的垂线分布关系式f=0.000856,m=LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律三、粘性土1.特点：密度大于1.20t/m3,颗粒间具有粘结力。粘性土又分为新淤粘性土和固结粘性土两种。新淤粘性土为新淤不久，尚未完全密实的淤泥，密度在1.20-1.60t/m3,固结粘性土密度大于1.60t/m3。2.细颗粒泥沙的粘结力。新

9、淤粘性土，泥沙颗粒间形成具有一定强度的网架结构，表现为细颗粒泥沙的粘结力。稳定密度是指搅拌均匀后的淤泥，在静水中沉积一段时间后，体积不再减小，密度也不再增大时的密度LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律例子：两块薄板间产生薄膜水附加压力对于两块薄板，附加压力为N细颗粒之间空隙较小，薄膜水充填空隙，会产生附加压力。LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律武汉水利学院研究窦国仁研究唐存本研究LOGO第二节 淤泥的性质及其运动规律新淤粘性土细颗粒泥沙运动的基本现象晃动褶皱絮绒团底部浑水层LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积一、淤泥质海滩上的主要动力因素淤泥质海滩上影响泥沙运动的主要因素是风浪和潮流。

10、风不仅可以产生风浪而引起水质点的波动水流，而且风对水面的剪切作用还可以引起风吹流。1.风吹流风吹流的垂线平均流速VLOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积2.波动水流从波浪的掀沙效应考虑，波动水流的特征流速可用水质点的水平振动速度在一个周期内沿水深的平均值来代表。波动水流的特征流速VLOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积3.潮流相对于波浪而言，潮流的流速和流向变化时缓慢的。潮流可以根据全潮水文观测和潮流预报获得。二、风、浪和潮流作用下的平均含沙量考虑前面所讲的动力因素 ，水体的垂线平均含沙量应与这种流的流速、泥沙本身的特性、水深等因素有关。假设泥沙的沉速为常量，则垂线平均含沙量的函数形式LOGO

11、第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积实际观测的水流流速应是风吹流，潮流的向量合成的结果，即tbtVVVb)(ghVVCbtWS天津塘沽新港和连云港地区监测LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积三、新粘性土的冲刷与淤积新淤不久，尚未完全密实的粘性细泥沙颗粒，起动1.临界切应力与起动流速单颗粒泥沙处理，要考虑颗粒间的粘结力随着淤积的细泥沙颗粒的不断密实，密实程度的不同，起动条件也不一样。LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积密尼奥对淤泥质起动摩阻流速和密实度关系的研究LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积密尼奥对起动摩阻流速和宾汉极限切应力关系研究BB1.5N/m2时冲刷临界切应力和含沙量的关系LOGO

12、第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积科尔基的室内研究当150C450时，起动摩阻流速2c0000026.00055.0uCC 各家试验研究结果表明，新淤淤泥的冲刷临界切应力的一般表达式：kCLOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积波浪和水流对床面共同作用时的合成切应力对于淤泥质河口浅滩，必须考虑波浪对泥沙的作用。LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积2.冲刷率、淤积率与输沙率淤泥的冲刷率和淤积率是指单位面积床面上单位时间内的冲刷量与淤积量。帕森拿德斯对冲刷率和切应力的研究河海大学研究、南京水科学院研究。克罗内对淤积率和切应力的研究（1）冲刷率和淤积率LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积（2）输沙率淤泥质的输沙率不仅取决于水流的切应力，而且还取决于水流中的起始含沙量。LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积水槽试验LOGO第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积LOGO第三节 淤泥质海滩的