《泥沙特性》PPT课件.ppt

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1、第一章 泥沙特性,下一页,回目录,上一页,重点内容：级配、絮凝、容重、沉速几何特性（形状、大小、群体组合）物理化学特性（双电层、絮凝）重力特性（容重、干容重）水力特性（沉速）,1.1.泥沙的几何特性,一、泥沙的粒径表示泥沙大小粗颗粒泥沙（如砾石、卵石）等容粒径：算术平均值：几何平均值：,下一页,返回,上一页,1.1.泥沙的几何特性,细颗粒泥沙（如沙粒）筛析法水析法：如比重计法分级法，海洋部门常用泥沙颗粒分级标准（水利工程界）,下一页,返回,上一页,1.1.泥沙的几何特性,下一页,返回,上一页,二、沙样组成与粒配曲线粒配曲线：小于粒径D泥沙重量占总数的百分比曲线越平缓粒径越不均匀粒径的大小中值粒

2、径D50平均粒径Dm，常大于D50沙样的均匀程度分选系数（非均匀系数）：S0=(D75/D25)1/2S0=1 沙样均匀；越大越不均匀,1.1.泥沙的几何特性,三、泥沙的孔隙率孔隙率的定义泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比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粒径的大小：粗沙孔隙率较小粒径的均匀程度：粒径越均匀孔隙率越大形状的影响：球体孔隙率相对较小孔隙率变化的主要范围粗：3940，中：4148，细：4449泥沙孔隙率的下限较为稳定：40上限变化较大，与粘粒有关，最高可达90,下一页,返回,上一页,1.2.细颗粒泥沙的物理化学性质,一、电化学性质比表面积颗粒表面积/体积物理化学作

3、用/重力作用1m沙粒=1mm的1000倍对细颗粒泥沙重大影响双电层现象（电解质）水中存在电解质泥沙颗粒表面带负电荷静电引力吸附层+扩散层（热运动扩散）表面离子层+（吸附层+扩散层）双电层双电层外为中性水,下一页,返回,上一页,1.2.细颗粒泥沙的物理化学性质,一、电化学性质束缚水（水分子）泥沙颗粒表面带负电荷，泥沙颗粒引力水分子具有极性氢氧原子分端分布形成束缚水粘结水+粘滞水（厚0.1-2m）粘结水：引力大（1万个大气压），密度高（3），如混凝土，不能传递静水压力粘滞水：密度高（3），具较大粘滞性和抗剪强度，不能传递静水压力产生絮凝现象泥沙颗粒间分子引力相互吸引颗粒表面带同号电荷相互排斥分散的

4、泥沙颗粒相互吸引，聚合成结构松散的絮团聚合过程叫做絮凝,下一页,返回,上一页,1.2.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，密度很低，抗剪能力弱压密过程在自重或其它外力的作用下，絮团结构开始破坏，并逐渐压实淤泥（重要）粒径小于0.03mm 的泥沙沉积后，经历液体、粘性体或固体等阶段固结过程可延续多年长江口的悬移质粒径,下一页,返回,上一页,1.3.泥沙的重力特性,一、泥沙的容重与密度定义s（s）实有重量（质量）/实有体积不含孔隙在内单位：kg/m3,t/m3,N/m3,KN/m3,kgf/m3,tf/m3取值范围变化：2.

5、552.75t/m3 或2527KN/m3取值：2.65t/m3 或26KN/m3有效容重系数：考虑水的浮力作用a=(s-)/或 a=(s-)/a=1.65,下一页,返回,上一页,1.3.泥沙的重力特性,二、泥沙的干容重与干密度定义s（s）实有重量（质量）/整个体积单位与容重或密度相同特点包含孔隙在内：s s(1e)变幅较大：最大1.7t/m3，最小0.3t/m3原因：孔隙变化较大用途：确定泥沙冲淤体积,下一页,返回,上一页,1.3.泥沙的重力特性,三、泥沙的干容重与干密度影响因素泥沙粒径颗粒越细其值越小：0.005 mm0.56t/m3颗粒越细变幅越大：0.561.35t/m3泥沙淤积厚度淤

6、积深度越深干容重越大，变幅越小,下一页,返回,上一页,1.3.泥沙的重力特性,三、泥沙的干容重与干密度影响因素淤积历时随着淤积历时的增加而增加，且变化较大达到一定时间后趋于稳定粗沙达到稳定时间要短的多四、泥沙的水下休止角定义：静水中、不致塌落的倾角影响因素：泥沙粒径、级配及形状变化范围：3239,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,一、泥沙沉降的不同形式沉速（沉降速度）：,cm/s单颗粒在无限大静止清水中匀速沉降下沉原因：重力作用所受阻力：水流对颗粒的阻力与泥沙颗粒粗细有关，又称水利粗度用途泥沙的重要特性之一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,下一页,返回,上一页

7、,1.4.泥沙的水力特性,一、泥沙沉降的不同形式沙粒雷诺数ReD=D/判断三种沉降形式的主要指标三种沉降形式层流区：ReD 1000过渡区：ReD 0.51000,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,二、球体的沉速球体所受的有效重力绕流阻力CD阻力系数层流区：CD24/ReD紊流区：CD0.45过渡区：不知道力的平衡条件：F=W,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,二、球体的沉速层流区沉速公式：紊流区沉速公式：过渡区：不知道,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,三、泥沙的沉速天然泥沙不是球体，需要考虑差异基本原理、基本方法大同小异相关研究较多，但所得公式结构相近过

8、渡区复杂，各家公式百花齐放水电部规范综合了多家公式,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,三、泥沙的沉速（水电部规范公式）层流区（D0.1mm）（斯托克斯公式）紊流区（D1.5mm）（岗恰洛夫公式）过渡区（0.15 D 1.5）（岗恰洛夫公式）,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,四、其他影响因素泥沙形状细颗粒不重要砾石、卵石、块石应考虑水质絮凝的影响出现絮凝后，沉速增加，一般0.40.5mm/s含沙量颗粒下沉向上水流，水流紊动有效重力减少絮凝：含沙量超过一定限度后,下一页,返回,上一页,1.4.泥沙的水力特性,五、泥沙粒径与沉速关系表取自沙玉清试验结果试验范围广,下一页,返回,上一页,图1-1 泥沙粒配曲线,卵石,沙粒,