第一章泥沙特性ppt課件

1、第一章第一章 泥沙特性泥沙特性重點內(nèi)容：級配、絮凝、容重、沉速重點內(nèi)容：級配、絮凝、容重、沉速幾何特性形狀、大小、群體組合）幾何特性形狀、大小、群體組合）物理化學(xué)特性雙電層、絮凝）物理化學(xué)特性雙電層、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. 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性一、泥沙的粒徑一、泥沙的粒徑表示泥沙大小表示泥沙大小粗顆粒泥沙如礫粗顆粒泥沙如礫石、卵石）石、卵石）等容粒徑：等容粒徑：算術(shù)平均值：算術(shù)平均值：幾何平均值：幾何平均值：3313/1V6abcD)cba(D)(D1.1. 1.1. 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性細(xì)顆粒泥沙如沙粒

2、）細(xì)顆粒泥沙如沙粒）篩析法篩析法水析法：如比重計法水析法：如比重計法分級法，海洋部門常用分級法，海洋部門常用泥沙顆粒分級標(biāo)準(zhǔn)水利工程界）泥沙顆粒分級標(biāo)準(zhǔn)水利工程界）粘粒粘粒粉沙粉沙沙粒沙粒礫石礫石卵石卵石漂石漂石 0.005 0.05 2 20 200mm1.1. 1.1. 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性二、沙樣組成與粒配曲線二、沙樣組成與粒配曲線粒配曲線：粒配曲線：小于粒徑小于粒徑D泥沙重量占總數(shù)的百分比泥沙重量占總數(shù)的百分比曲線越平緩曲線越平緩粒徑越不均勻粒徑越不均勻粒徑的大小粒徑的大小中值粒徑中值粒徑D50平均粒徑平均粒徑Dm，常大于，常大于D50沙樣的均勻程度沙樣的均勻程度分選系數(shù)非均勻

3、系數(shù)）：分選系數(shù)非均勻系數(shù)）：S0=(D75/D25)1/2S0=1 沙樣均勻；越大沙樣均勻；越大越不均勻越不均勻1.1. 1.1. 泥沙的幾何特性泥沙的幾何特性三、泥沙的孔隙率三、泥沙的孔隙率孔隙率的定義孔隙率的定義泥沙中孔隙的容積占沙樣總?cè)莘e的百泥沙中孔隙的容積占沙樣總?cè)莘e的百分比分比泥沙的孔隙率并不是一個常量泥沙的孔隙率并不是一個常量影響孔隙率大小的主要因素影響孔隙率大小的主要因素粒徑的大?。捍稚晨紫堵瘦^小粒徑的大小：粗沙孔隙率較小粒徑的均勻程度：粒徑越均勻粒徑的均勻程度：粒徑越均勻孔隙孔隙率越大率越大形狀的影響：球體孔隙率相對較小形狀的影響：球體孔隙率相對較小孔隙率變化的主要范圍孔隙率

4、變化的主要范圍粗：粗：3940，中：，中：4148，細(xì)：，細(xì)：4449泥沙孔隙率的下限較為穩(wěn)定：泥沙孔隙率的下限較為穩(wěn)定：40上限變化較大，與粘粒有關(guān)，最高可上限變化較大，與粘粒有關(guān)，最高可達(dá)達(dá)901.2. 1.2. 細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)一、電化學(xué)性質(zhì)一、電化學(xué)性質(zhì)比表面積比表面積顆粒表面積顆粒表面積/體積體積物理化學(xué)作用物理化學(xué)作用/重力作用重力作用1m沙粒沙粒=1mm的的1000倍倍對細(xì)顆粒泥沙重大影響對細(xì)顆粒泥沙重大影響雙電層現(xiàn)象電解質(zhì)）雙電層現(xiàn)象電解質(zhì)）水中存在電解質(zhì)水中存在電解質(zhì)泥沙顆粒表面帶負(fù)電泥沙顆粒表面帶負(fù)電荷荷靜電引力靜電引力吸附層吸附層+擴(kuò)散層熱

5、運(yùn)動擴(kuò)擴(kuò)散層熱運(yùn)動擴(kuò)散）散）表面離子層表面離子層+（吸附層（吸附層+擴(kuò)散層）雙電擴(kuò)散層）雙電層層雙電層外為中性水雙電層外為中性水DDD66321.2. 1.2. 細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)一、電化學(xué)性質(zhì)一、電化學(xué)性質(zhì)束縛水水分子）束縛水水分子）泥沙顆粒表面帶負(fù)電荷，泥沙顆粒引力泥沙顆粒表面帶負(fù)電荷，泥沙顆粒引力水分子具有極性水分子具有極性氫氧原子分端分布?xì)溲踉臃侄朔植夹纬墒`水粘結(jié)水形成束縛水粘結(jié)水+粘滯水厚粘滯水厚0.1-2m）粘結(jié)水：引力大粘結(jié)水：引力大1萬個大氣壓），密萬個大氣壓），密度高度高1.2-2.4g/cm3），如混凝土，），如混凝土，不能傳遞靜水壓力不能

6、傳遞靜水壓力粘滯水：密度高粘滯水：密度高1.3-1.7g/cm3），具），具較大粘滯性和抗剪強(qiáng)度，不能傳遞靜較大粘滯性和抗剪強(qiáng)度，不能傳遞靜水壓力水壓力產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象泥沙顆粒間分子引力泥沙顆粒間分子引力相互吸引相互吸引顆粒表面帶同號電荷顆粒表面帶同號電荷相互排斥相互排斥分散的泥沙顆粒相互吸引，聚合成結(jié)構(gòu)分散的泥沙顆粒相互吸引，聚合成結(jié)構(gòu)松散的絮團(tuán)松散的絮團(tuán)聚合過程叫做絮凝聚合過程叫做絮凝1.2. 1.2. 細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)細(xì)顆粒泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)二、壓密過程與物理性質(zhì)的變化二、壓密過程與物理性質(zhì)的變化細(xì)顆粒泥沙形成的絮團(tuán)細(xì)顆粒泥沙形成的絮團(tuán)特點：高度蜂窩壯的結(jié)構(gòu)，含水量佷高，

7、特點：高度蜂窩壯的結(jié)構(gòu)，含水量佷高，密度很低，抗剪能力弱密度很低，抗剪能力弱壓密過程壓密過程在自重或其它外力的作用下，絮團(tuán)結(jié)構(gòu)在自重或其它外力的作用下，絮團(tuán)結(jié)構(gòu)開始破壞，并逐漸壓實開始破壞，并逐漸壓實淤泥重要）淤泥重要）粒徑小于粒徑小于0.03mm 的泥沙的泥沙沉積后，經(jīng)歷液體、粘性體或固體等階沉積后，經(jīng)歷液體、粘性體或固體等階段段固結(jié)過程可延續(xù)多年固結(jié)過程可延續(xù)多年長江口的懸移質(zhì)粒徑長江口的懸移質(zhì)粒徑0.013mm-0.069mm1.3. 1.3. 泥沙的重力特性泥沙的重力特性一、泥沙的容重與密度一、泥沙的容重與密度定義定義s（s）實有重量質(zhì)量）實有重量質(zhì)量）/實有體實有體積積不含孔隙在內(nèi)不

8、含孔隙在內(nèi)單位：單位：kg/m3, t/m3, N/m3, KN/m3, kgf/m3, tf/m3取值范圍取值范圍變化：變化：2.552.75t/m3 或或2527KN/m3取值：取值：2.65t/m3 或或26KN/m3有效容重系數(shù)：考慮水的浮力作用有效容重系數(shù)：考慮水的浮力作用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、泥沙的干容重與干密度二、泥沙的干容重與干密度定義定義s（s ）實有重量質(zhì)量）實有重量質(zhì)量）/整個體積整個體積單位與容重或密度相同單位與容重或密度相同特點特點包含孔隙在內(nèi)：包含孔隙在內(nèi)： s s (1e)

9、變幅較大：最大變幅較大：最大1.7t/m3，最小，最小0.3t/m3原因：孔隙變化較大原因：孔隙變化較大用處：確定泥沙沖淤體積用處：確定泥沙沖淤體積1.3. 1.3. 泥沙的重力特性泥沙的重力特性三、泥沙的干容重與干密度三、泥沙的干容重與干密度影響因素影響因素泥沙粒徑泥沙粒徑顆粒越細(xì)顆粒越細(xì)其值越?。浩渲翟叫。?.005 mm0.56t/m3顆粒越細(xì)顆粒越細(xì)變幅越大：變幅越大：0.561.35t/m3泥沙淤積厚度泥沙淤積厚度淤積深度越深淤積深度越深干容重越大，變幅越小干容重越大，變幅越小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、泥沙的干容重與干密度三、泥沙的干容重與干密度影響因素影響因素淤積歷時淤積歷時隨著淤積歷時的增加而增加，且變化較隨著淤積歷時的增加而增加，且變化較大大達(dá)到一定時間后趨于穩(wěn)定達(dá)到一定時間后趨于穩(wěn)定粗沙達(dá)到穩(wěn)定時間要短的多粗沙達(dá)到穩(wěn)定時間要短的多四、泥沙的水下休止角四、泥沙的水下休止角定義：靜水中、不致塌落的傾角定義：靜水中、不致塌落的傾角影響因素：泥沙粒徑、級配及形狀影響因素：泥沙粒徑、級配及形狀變化范圍：變化范圍：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單顆粒在無限大靜止清水中勻速沉降單顆粒在無限大靜止清水中勻速沉降下沉原因：重力作用下沉原因：重力作用所受阻力：水流對顆粒的阻力所受阻力：水流對顆粒的阻力與泥沙顆粒粗細(xì)有關(guān)，又稱水利粗度與泥沙顆粒粗細(xì)有關(guān)，又稱水利粗度用處用處泥沙的重要特性之一泥沙的重要特性之一研究懸移質(zhì)運(yùn)動時的重要參數(shù)研究懸移質(zhì)運(yùn)動時的重要參數(shù)設(shè)計沉沙池、拋石時的主要參數(shù)設(shè)計沉沙池、拋石時的主要參數(shù)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諾數(shù)沙粒雷諾數(shù)ReD= D/判斷三種沉降形式的

12、主要指標(biāo)判斷三種沉降形式的主要指標(biāo)三種沉降形式三種沉降形式層流區(qū)：層流區(qū)： ReD 1000過渡區(qū)：過渡區(qū)： ReD 0.510001.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性二、球體的沉速二、球體的沉速球體所受的有效重力球體所受的有效重力繞流阻力繞流阻力CD阻力系數(shù)阻力系數(shù)層流區(qū)：層流區(qū)：CD24/ReD紊流區(qū)：紊流區(qū)： CD0.45過渡區(qū)：不知道過渡區(qū)：不知道力的平衡條件：力的平衡條件：F=W32232261246124DgDCWFDWgDCFsDsD1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性二、球體的沉速二、球體的沉速層流區(qū)沉速公式：層流區(qū)沉速公式：紊流區(qū)沉速公式：紊流區(qū)沉速公

13、式：過渡區(qū)：不知道過渡區(qū)：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體，需要考慮差異天然泥沙不是球體，需要考慮差異基本原理、基本方法大同小異基本原理、基本方法大同小異相關(guān)研究較多，但所得公式結(jié)構(gòu)相近相關(guān)研究較多，但所得公式結(jié)構(gòu)相近過渡區(qū)復(fù)雜，各家公式百花齊放過渡區(qū)復(fù)雜，各家公式百花齊放水電部規(guī)范綜合了多家公式水電部規(guī)范綜合了多家公式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 （水電部規(guī)范公式）（水電部規(guī)范公式）層流區(qū)層流區(qū)D0.1mm）（斯托克斯公式）（斯托克斯公式）紊流區(qū)紊流區(qū)D1.5mm）（崗恰洛夫公式）（崗恰洛夫公式）過渡區(qū)過渡區(qū)0.15 D 1.5） （崗恰洛夫公式）（崗恰洛夫公式）) 126(92. 177. 6057. 11812TDgDDgssss1.4. 1.4. 泥沙的水力特性泥沙的水力特性四、其他影響因素四、其他影響因素泥沙形狀泥沙形狀細(xì)顆粒不重要細(xì)顆粒不重要礫石、卵石、塊石應(yīng)考慮礫石、卵石、塊