碎屑的搬運實用教案

1、第1頁/共35頁第一頁，共35頁。物質(zhì)(wzh)搬運和沉積的方式：機械搬運和沉積：被搬運的物質(zhì)(wzh)碎屑物質(zhì)(wzh)、新生成礦物搬運方式滑動、滾動、跳躍和懸浮。滑動、滾動和跳躍又稱推移搬運或床沙搬運；懸浮搬運又稱懸移搬運?；瘜W(xué)搬運和沉積：被搬運物質(zhì)(wzh)溶解物質(zhì)(wzh)搬運方式真溶液、膠體溶液或絡(luò)合物。生物搬運和沉積：被搬運物質(zhì)(wzh)溶解物質(zhì)(wzh)、內(nèi)源粒屑物質(zhì)(wzh)及部分粘土物質(zhì)(wzh) 搬運方式生物生理作用、生物物理作用、生物化學(xué)作用。 第2頁/共35頁第二頁，共35頁。第3頁/共35頁第三頁，共35頁?？疾鞂嶋H流體時，我們可以設(shè)想將流體的一小部分與其他部分分割開

2、來，然后考察作用于其上的各種力，跟蹤它的運動過程，并了解這些力是如何起作用的為使分析更加具體，我們可以(當(dāng)然是在極為夸大的情況下)將此種質(zhì)點設(shè)想成一立方體作用于此立方體上的力有許多種，但可歸納為體積力和表面力； (1)體積力(超距作用) 重力(zhngl) 電力 電磁力 (2)表面力(直接接觸作用) 法向應(yīng)力(壓力) 剪切力或切向應(yīng)力(粘性摩擦力) 補充補充(bchng)內(nèi)容內(nèi)容第4頁/共35頁第四頁，共35頁。 當(dāng)不同流體單元之間或流體與固體之間存在相對運動時，就有剪應(yīng)力出現(xiàn)剪應(yīng)力的產(chǎn)生，是由于實際流體都具有粘性，即具有“稠密性”，有抗拒形變的能力，流體質(zhì)點能夠發(fā)生明顯的形變，甚至比泡沫橡皮

3、之類物質(zhì)還容易變形但象橡皮一樣，流體質(zhì)點也會抵抗形變，固體的抵抗力取決于形變量，而流體的抵抗力取決于形變速率，代表抵抗能力大小的特性(txng)稱為粘性。第5頁/共35頁第五頁，共35頁。牛頓內(nèi)摩擦定律 對于運動的流體，當(dāng)流體質(zhì)點間存在相對運動時，由于流體的粘性作用(zuyng)，在流體內(nèi)部流層之間會出現(xiàn)成對的切力，稱為內(nèi)摩擦力。 17世紀(jì)牛頓通過牛頓平板實驗研究了流體的粘性。下圖即為牛頓平板實驗裝置，下板固定，上板可動，且平板面積有足夠大，可以忽略邊緣對流體的影響。其中第6頁/共35頁第六頁，共35頁。hAUT yhUuydyduhU第7頁/共35頁第七頁，共35頁。 所以，內(nèi)摩擦力為：所以

4、，內(nèi)摩擦力為： 此式即為牛頓內(nèi)摩擦定律公式。其中：此式即為牛頓內(nèi)摩擦定律公式。其中： 為動力粘度，表征為動力粘度，表征流體抵抗變形的能力，它和密度流體抵抗變形的能力，它和密度(md)(md)的比值稱為流體的的比值稱為流體的運動粘度運動粘度 。 在運用牛頓內(nèi)摩擦定律公式時應(yīng)注意在運用牛頓內(nèi)摩擦定律公式時應(yīng)注意: :此式不僅適用于液體，也適用于氣體。此式不僅適用于液體，也適用于氣體。此式表明，流體內(nèi)有相對運動時，流體內(nèi)就會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來抗此式表明，流體內(nèi)有相對運動時，流體內(nèi)就會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來抗拒此相對運動。拒此相對運動。切應(yīng)力切應(yīng)力的大小與流體的粘性以及沿運動垂直方向上的速度梯度的大小與流體的粘性

5、以及沿運動垂直方向上的速度梯度du/dydu/dy成正比。成正比。dyduAhUAAT第8頁/共35頁第八頁，共35頁。一、流體(lit)的基本知識1.1.牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流體 內(nèi)摩擦定律內(nèi)摩擦定律(dngl) (dngl) 在溫度不變的條件下，隨著流速梯度變化，動在溫度不變的條件下，隨著流速梯度變化，動力粘滯系數(shù)力粘滯系數(shù)/ /運動粘滯系數(shù)始終保持一常數(shù)。運動粘滯系數(shù)始終保持一常數(shù)。 第9頁/共35頁第九頁，共35頁。2.層流(cn li)、紊流和雷諾數(shù) 第10頁/共35頁第十頁，共35頁。第11頁/共35頁第十一頁，共35頁。第12頁/共35頁第十二頁，共35頁。第13

6、頁/共35頁第十三頁，共35頁。第14頁/共35頁第十四頁，共35頁。 層流和紊流的力學(xué)性質(zhì)及對沉積物的搬運(bnyn)(bnyn)和沉積特點是不同的。 紊流不僅具粘滯切應(yīng)力，而且還有流體質(zhì)點的紊亂流動而引起的附加切應(yīng)力( (或稱慣性切應(yīng)力) )。而層流只有粘滯切應(yīng)力。因此紊流的搬運(bnyn)(bnyn)能力要強于層流。紊流還有揚舉作用，這是使沉積物呈跳躍和懸浮的主要因素。第15頁/共35頁第十五頁，共35頁。層流(cn li)的意義？第16頁/共35頁第十六頁，共35頁。3. 緩流、急流(jli)和佛勞德數(shù) 明渠中由于流速與波速的比值不同而出現(xiàn)的兩種不同性質(zhì)的水流形態(tài)。流速小于波速，外界干

7、擾引起的水面(shu min)波動能逆流上傳的水流稱為緩流。緩流水勢平穩(wěn)，遇到底部障礙物時水面(shu min)下跌。流速大于波速，外界干擾引起的水面(shu min)波動不能上傳的水流稱為急流。急流水勢湍急，遇到底部障礙物時水面(shu min)隆起，一躍而過（圖1）。 第17頁/共35頁第十七頁，共35頁。在水力學(xué)中用(zhngyng)佛勞德數(shù)來衡量：第18頁/共35頁第十八頁，共35頁。第19頁/共35頁第十九頁，共35頁。第20頁/共35頁第二十頁，共35頁。 在沉積學(xué)范疇中牽引流是最常見的，例如，含有少量沉積物的流水(包括河流、海流、波浪流、潮汐流以及六十年代中期(zhngq)提出來

8、的等深流等)和大氣流。 隨著流體中碎屑顆粒數(shù)量的不斷增加，逐漸向著重力流過渡，例如，水中濃集有大量沉積物的濁流、泥石流等都屬沉積物重力流。 牽引流和沉積物重力流在流體力學(xué)性質(zhì)、沉積物的搬運方式和驅(qū)動力、流體與沉積顆粒之間的力學(xué)關(guān)系等方面都有顯著差異，亦即它們的沉積機理是不一樣的，從而形成的沉積物也有各自的特點。第21頁/共35頁第二十一頁，共35頁。第22頁/共35頁第二十二頁，共35頁。第23頁/共35頁第二十三頁，共35頁。二、碎屑顆粒(kl)在流水中的搬運和沉積作用 碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積，主要與水的流動狀態(tài)關(guān)系密切，是層流還是紊流，是急流還是緩流；還與碎屑顆粒本身特點，如大小、比

9、重、形狀等有關(guān)。 碎屑顆粒由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運動狀態(tài)時的臨界水流條件稱作碎屑顆粒的起動條件。碎屑顆粒所以能起動是由于促使顆粒運動的力超過了阻止顆粒運動的力，因此要研究起動條件必須首先(shuxin)分析顆粒在水中的受力狀況，由于受力狀況不同，可出現(xiàn)滑動、滾動、跳動和懸浮的各種搬運方式。第24頁/共35頁第二十四頁，共35頁。1. 碎屑顆粒(kl)在水中的受力分析第25頁/共35頁第二十五頁，共35頁。2. 碎屑顆粒的搬運(bnyn)方式及特點當(dāng)Px WPy時，碎屑顆粒開始滑動；當(dāng)Pxl1+Pyl2Wl3時，碎屑開始滾動；當(dāng)PyW，碎屑開始跳躍；細(xì)小的顆粒Pc較大，一旦脫離床底，由于W較小，則很難下

10、沉，則進(jìn)入懸浮(xunf)狀態(tài)。第26頁/共35頁第二十六頁，共35頁。3.機械沉積作用(chn j zu yn) 處于搬運狀態(tài)的碎屑物質(zhì)，在一定的條件下，主要是當(dāng)流水的動力不足以克服碎屑的重力時，碎屑物質(zhì)就會沉積下來。第27頁/共35頁第二十七頁，共35頁。斯托克公式只有在靜水或?qū)恿鳁l件下才適用。斯托克公式是在假定顆粒為球形的情況下求得的，假如顆粒不是球形，其沉速有所不同。實驗證明，假設(shè)球形顆粒的沉速為100，則橢球形顆粒的沉速為8461，立方體為74，長柱體為50，片狀顆粒為8038；碎屑顆粒在靜水中下沉(xi chn)速度與其相對密度成正比；第28頁/共35頁第二十八頁，共35頁。 碎屑物質(zhì)在流水中的搬運和沉積(chnj)，流速和顆粒大小之間的關(guān)系最為關(guān)鍵。第29頁/共35頁第二十九頁，共35頁。第30頁/共35頁第三十頁，共35頁。第31頁/共35頁第三十一頁，共35頁。4.4.搬運過程中碎屑物質(zhì)搬運過程中碎屑物質(zhì)(wzh)(wzh)的的變化變化第32頁/共35頁第三十二頁，共35頁。在某一沉積環(huán)境（或某一地段）中，當(dāng)流入水動力大于流出水動力時，在該環(huán)境中沉積下來的最大和最小碎屑的粒徑，將分別對應(yīng)于流入和流出的水動力，更大的碎屑不會被帶入，更小的碎屑則會被帶出該環(huán)境，也就是說，只有一定粒度范圍的碎屑才會在該環(huán)境中沉積或靜止下來。碎屑顆粒的粒度大小與環(huán)境的