泥沙运动理论第一章.pptVIP

第一章 泥沙特性 §1—1 泥沙的几何特性 一、泥沙的粒径 泥沙的颗粒大小，通常用泥沙的直径来表示。 一、泥沙的粒径 算术平均粒径： 一、泥沙的粒径 Φ-分级法表示泥沙的粒径 一、泥沙的粒径 Ф值与粒径D的关系 一、泥沙的粒径 泥沙颗粒分级标准 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)1/2 S0=1 ?沙样均匀；越大?越不均匀 二、沙样组成与粒配曲线 二、沙样组成与粒配曲线 从图中可以反映两个方面的问题： 三、特征粒径 表示某一沙样中泥沙粒径的大小，一般采用两种表示方法： 三、特征粒径 公式： 三、特征粒径 非均匀系数 四、 泥沙的孔隙率 泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比称为孔隙率。泥沙孔隙率因沙粒的大小及均匀度、沙粒的形状、沉积的情况以及沉积后受力大小及历时长短而有不同。 五、细颗粒泥沙的物理化学特性 物理化学作用的强弱与颗粒比表面积的大小有关，所谓比表面积就是颗粒表面积与其体积之比，对于球体其比表面积σ的表达式为： §1—2 泥沙的重力特性 泥沙颗粒的重率 泥沙的干容重 泥沙的水下休止角 一、泥沙颗粒的容重 泥沙的容重——泥沙颗粒单位体积的重量（无空隙）常用符号γs。 一、泥沙颗粒的容重 分析计算中常出现 二、泥沙的干容重 定义：单位体积的沙样干燥后泥沙的重量叫“干容重”，用γc表示，一般γc γs 。 二、泥沙的干容重 影响的主要因素是：泥沙颗粒的大小、组成的均匀程度、淤积的深度、淤积的历时等。此外，泥沙的化学成分、淤积环境、水文条件等。 二、泥沙的干容重 泥沙粒径较粗的泥沙干容重大，变化 范围小；反之，粒径较细的泥沙干容重小，变化范围大。主要是孔隙率的影响。 三、泥沙的水下休止角 定义：泥沙在水中，由于颗粒之间的阻力作用，在静止时自成一定的坡面，坡面与水平面所成的角度θ叫做“水下休止角”。 §1—3 泥沙的水力特性（泥沙的沉速） 基本概念 绕流阻力 沉速公式 一、基本概念 1.沉降速度基本概念 一、基本概念 一般说来，泥沙的颗粒粗，相应的沉速大，泥沙颗粒细，相应的沉速小，所以可以根据沉速的大小来反映泥沙颗粒的大小，又称沉速为水力粗度。 一、基本概念 用电影摄影机拍摄的泥沙下沉的过程以及从理论分析可知，泥沙下沉时，处于加速运动的时间是很短的。一般石英质泥沙，重率γs =2.65吨力/米3,在D=3㎜时，这个时间常不到1/10秒；在D=1㎜时，不到1/20秒。粒径越细，加速过程所经过的时间越短。 一、基本概念 1.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 0.5 紊流区： ReD 1000 过渡区： ReD ＝0.5－1000 一、基本概念 2.沉速的基本公式 一、基本概念 有效重量（力） 一、基本概念 匀速下沉时，阻力F应与球体在水中受到的有效重力W相等。F=W 二、绕流阻力 二、绕流阻力 归纳起来，泥沙在水中下沉的时候，由于水流跟泥沙颗粒之间发生相互作用所产生的阻力，我们统称为绕流阻力，它由表面阻力和形状阻力两部分组成。 二、绕流阻力 CD 与ReD的关系：根据理论是实验表明，绕流阻力规律主要与绕流流态有关，而流态与沙粒雷诺数有关ReD=ωD/υ 二、绕流阻力 1.当ReD 0.5 二、绕流阻力 F=3πρυωD (㎏/m3·m2/s·m/s·m = ㎏·m/s2) 二、绕流阻力 当F=W，Stokes导出球体层流区公式，Stokes公式。 二、绕流阻力 2.当ReD 1000时 二、绕流阻力 在球体情况下，CD≈ 0.45 二、绕流阻力 3.当0.5 ReD 1000 二、绕流阻力 这就是过渡状态的绕流阻力系数，这一结果与实验资料不太符合，且随着雷诺数增大，偏差也大。 二、绕流阻力 对于层流区，紊流区的绕流阻力问题，结果都比较可靠，基本上得到了满意的解答，但对于过渡区的绕流阻力问题，在目前来讲仍处于一个不很清楚的问题。因此，在计算沉速时，就不得不借助于实验来求沉速的公式。先用实验资料来确定ReD与CD的关系，再计算沉速。 二、绕流阻力