第一章泥沙特性ppt课件

1、第一章第一章 泥沙特性泥沙特性重点内容：级配、絮凝、容重、沉速重点内容：级配、絮凝、容重、沉速几何特性形状、大小、群体组合）几何特性形状、大小、群体组合）物理化学特性双电层、絮凝）物理化学特性双电层、絮凝）重力特性容重、干容重）重力特性容重、干容重）水力特性沉速）水力特性沉速）1.1. 1.1. 泥沙的几何特性泥沙的几何特性一、泥沙的粒径一、泥沙的粒径表示泥沙大小表示泥沙大小粗颗粒泥沙如砾粗颗粒泥沙如砾石、卵石）石、卵石）等容粒径：等容粒径：算术平均值：算术平均值：几何平均值：几何平均值：3313/1V6abcD)cba(D)(D1.1. 1.1. 泥沙的几何特性泥沙的几何特性细颗粒泥沙如沙粒

2、）细颗粒泥沙如沙粒）筛析法筛析法水析法：如比重计法水析法：如比重计法分级法，海洋部门常用分级法，海洋部门常用泥沙颗粒分级标准水利工程界）泥沙颗粒分级标准水利工程界）粘粒粘粒粉沙粉沙沙粒沙粒砾石砾石卵石卵石漂石漂石 0.005 0.05 2 20 200mm1.1. 1.1. 泥沙的几何特性泥沙的几何特性二、沙样组成与粒配曲线二、沙样组成与粒配曲线粒配曲线：粒配曲线：小于粒径小于粒径D泥沙重量占总数的百分比泥沙重量占总数的百分比曲线越平缓曲线越平缓粒径越不均匀粒径越不均匀粒径的大小粒径的大小中值粒径中值粒径D50平均粒径平均粒径Dm，常大于，常大于D50沙样的均匀程度沙样的均匀程度分选系数非均匀

3、系数）：分选系数非均匀系数）：S0=(D75/D25)1/2S0=1 沙样均匀；越大沙样均匀；越大越不均匀越不均匀1.1. 1.1. 泥沙的几何特性泥沙的几何特性三、泥沙的孔隙率三、泥沙的孔隙率孔隙率的定义孔隙率的定义泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比分比泥沙的孔隙率并不是一个常量泥沙的孔隙率并不是一个常量影响孔隙率大小的主要因素影响孔隙率大小的主要因素粒径的大小：粗沙孔隙率较小粒径的大小：粗沙孔隙率较小粒径的均匀程度：粒径越均匀粒径的均匀程度：粒径越均匀孔隙孔隙率越大率越大形状的影响：球体孔隙率相对较小形状的影响：球体孔隙率相对较小孔隙率变化的主要范围孔隙率

4、变化的主要范围粗：粗：3940，中：，中：4148，细：，细：4449泥沙孔隙率的下限较为稳定：泥沙孔隙率的下限较为稳定：40上限变化较大，与粘粒有关，最高可上限变化较大，与粘粒有关，最高可达达901.2. 1.2. 细颗粒泥沙的物理化学性质细颗粒泥沙的物理化学性质一、电化学性质一、电化学性质比表面积比表面积颗粒表面积颗粒表面积/体积体积物理化学作用物理化学作用/重力作用重力作用1m沙粒沙粒=1mm的的1000倍倍对细颗粒泥沙重大影响对细颗粒泥沙重大影响双电层现象电解质）双电层现象电解质）水中存在电解质水中存在电解质泥沙颗粒表面带负电泥沙颗粒表面带负电荷荷静电引力静电引力吸附层吸附层+扩散层热

5、运动扩扩散层热运动扩散）散）表面离子层表面离子层+（吸附层（吸附层+扩散层）双电扩散层）双电层层双电层外为中性水双电层外为中性水DDD66321.2. 1.2. 细颗粒泥沙的物理化学性质细颗粒泥沙的物理化学性质一、电化学性质一、电化学性质束缚水水分子）束缚水水分子）泥沙颗粒表面带负电荷，泥沙颗粒引力泥沙颗粒表面带负电荷，泥沙颗粒引力水分子具有极性水分子具有极性氢氧原子分端分布氢氧原子分端分布形成束缚水粘结水形成束缚水粘结水+粘滞水厚粘滞水厚0.1-2m）粘结水：引力大粘结水：引力大1万个大气压），密万个大气压），密度高度高1.2-2.4g/cm3），如混凝土，），如混凝土，不能传递静水压力不能

6、传递静水压力粘滞水：密度高粘滞水：密度高1.3-1.7g/cm3），具），具较大粘滞性和抗剪强度，不能传递静较大粘滞性和抗剪强度，不能传递静水压力水压力产生絮凝现象产生絮凝现象泥沙颗粒间分子引力泥沙颗粒间分子引力相互吸引相互吸引颗粒表面带同号电荷颗粒表面带同号电荷相互排斥相互排斥分散的泥沙颗粒相互吸引，聚合成结构分散的泥沙颗粒相互吸引，聚合成结构松散的絮团松散的絮团聚合过程叫做絮凝聚合过程叫做絮凝1.2. 1.2. 细颗粒泥沙的物理化学性质细颗粒泥沙的物理化学性质二、压密过程与物理性质的变化二、压密过程与物理性质的变化细颗粒泥沙形成的絮团细颗粒泥沙形成的絮团特点：高度蜂窝壮的结构，含水量佷高，

7、特点：高度蜂窝壮的结构，含水量佷高，密度很低，抗剪能力弱密度很低，抗剪能力弱压密过程压密过程在自重或其它外力的作用下，絮团结构在自重或其它外力的作用下，絮团结构开始破坏，并逐渐压实开始破坏，并逐渐压实淤泥重要）淤泥重要）粒径小于粒径小于0.03mm 的泥沙的泥沙沉积后，经历液体、粘性体或固体等阶沉积后，经历液体、粘性体或固体等阶段段固结过程可延续多年固结过程可延续多年长江口的悬移质粒径长江口的悬移质粒径0.013mm-0.069mm1.3. 1.3. 泥沙的重力特性泥沙的重力特性一、泥沙的容重与密度一、泥沙的容重与密度定义定义s（s）实有重量质量）实有重量质量）/实有体实有体积积不含孔隙在内不

8、含孔隙在内单位：单位：kg/m3, t/m3, N/m3, KN/m3, kgf/m3, tf/m3取值范围取值范围变化：变化：2.552.75t/m3 或或2527KN/m3取值：取值：2.65t/m3 或或26KN/m3有效容重系数：考虑水的浮力作用有效容重系数：考虑水的浮力作用a = (s-)/或或 a = (s- )/ a = 1.651.3. 1.3. 泥沙的重力特性泥沙的重力特性二、泥沙的干容重与干密度二、泥沙的干容重与干密度定义定义s（s ）实有重量质量）实有重量质量）/整个体积整个体积单位与容重或密度相同单位与容重或密度相同特点特点包含孔隙在内：包含孔隙在内： s s (1e)

9、变幅较大：最大变幅较大：最大1.7t/m3，最小，最小0.3t/m3原因：孔隙变化较大原因：孔隙变化较大用处：确定泥沙冲淤体积用处：确定泥沙冲淤体积1.3. 1.3. 泥沙的重力特性泥沙的重力特性三、泥沙的干容重与干密度三、泥沙的干容重与干密度影响因素影响因素泥沙粒径泥沙粒径颗粒越细颗粒越细其值越小：其值越小：0.005 mm0.56t/m3颗粒越细颗粒越细变幅越大：变幅越大：0.561.35t/m3泥沙淤积厚度泥沙淤积厚度淤积深度越深淤积深度越深干容重越大，变幅越小干容重越大，变幅越小D50 (mm)0.0050.020.08 s(KN/m3)5.4913.239.0215.6813.721

10、6.66 s (t/m3)0.561.350.921.601.401.701.3. 1.3. 泥沙的重力特性泥沙的重力特性三、泥沙的干容重与干密度三、泥沙的干容重与干密度影响因素影响因素淤积历时淤积历时随着淤积历时的增加而增加，且变化较随着淤积历时的增加而增加，且变化较大大达到一定时间后趋于稳定达到一定时间后趋于稳定粗沙达到稳定时间要短的多粗沙达到稳定时间要短的多四、泥沙的水下休止角四、泥沙的水下休止角定义：静水中、不致塌落的倾角定义：静水中、不致塌落的倾角影响因素：泥沙粒径、级配及形状影响因素：泥沙粒径、级配及形状变化范围：变化范围：3239 1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性

11、一、泥沙沉降的不同形式一、泥沙沉降的不同形式沉速沉降速度）：沉速沉降速度）：, cm/s单颗粒在无限大静止清水中匀速沉降单颗粒在无限大静止清水中匀速沉降下沉原因：重力作用下沉原因：重力作用所受阻力：水流对颗粒的阻力所受阻力：水流对颗粒的阻力与泥沙颗粒粗细有关，又称水利粗度与泥沙颗粒粗细有关，又称水利粗度用处用处泥沙的重要特性之一泥沙的重要特性之一研究悬移质运动时的重要参数研究悬移质运动时的重要参数设计沉沙池、抛石时的主要参数设计沉沙池、抛石时的主要参数1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性一、泥沙沉降的不同形式一、泥沙沉降的不同形式沙粒雷诺数沙粒雷诺数ReD= D/判断三种沉降形式的

12、主要指标判断三种沉降形式的主要指标三种沉降形式三种沉降形式层流区：层流区： ReD 1000过渡区：过渡区： ReD 0.510001.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性二、球体的沉速二、球体的沉速球体所受的有效重力球体所受的有效重力绕流阻力绕流阻力CD阻力系数阻力系数层流区：层流区：CD24/ReD紊流区：紊流区： CD0.45过渡区：不知道过渡区：不知道力的平衡条件：力的平衡条件：F=W32232261246124DgDCWFDWgDCFsDsD1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性二、球体的沉速二、球体的沉速层流区沉速公式：层流区沉速公式：紊流区沉速公式：紊流区沉速公

13、式：过渡区：不知道过渡区：不知道gDDgDDgDgDssssD72. 1612445. 01816124Re2432223221.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速天然泥沙不是球体，需要考虑差异天然泥沙不是球体，需要考虑差异基本原理、基本方法大同小异基本原理、基本方法大同小异相关研究较多，但所得公式结构相近相关研究较多，但所得公式结构相近过渡区复杂，各家公式百花齐放过渡区复杂，各家公式百花齐放水电部规范综合了多家公式水电部规范综合了多家公式1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速 （水电部规范公式）（水电部规范公式）层流区层流区D0.1mm）（斯托克斯公式）（斯托克斯公式）紊流区紊流区D1.5mm）（岗恰洛夫公式）（岗恰洛夫公式）过渡区过渡区0.15 D 1.5） （岗恰洛夫公式）（岗恰洛夫公式）) 126(92. 177. 6057. 11812TDgDDgssss1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性四、其他影响因素四、其他影响因素泥沙形状泥沙形状细颗粒不重要细颗粒不重要砾石、卵石、块石应考虑砾石、卵石、块