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第一章 泥沙特性 本章知识要点： 泥沙的几何特性 泥沙的组成与粒配曲线 细颗粒泥沙的物理化学特性 泥沙的重力特性 泥沙的水下休止角 泥沙的沉降速度 泥沙运动力学的不成熟性的原因 1、现象本身的复杂性 泥沙运动一般属于两相流的范畴，泥沙在水流作用下发生运动，又反过来影响水流，二者互相制约，互相影响，构成一些不同于一般水流的性质。 如果水流中含有小于0.01mm的颗粒，颗粒表面的物化性质起着重要作用，这是水流已不属于牛顿流体。 泥沙运动一般又属于动床水流的范畴，组成边界的就是可动的泥沙颗粒，边界在水流作用下发生变形，又反过来影响水流，形成了的第二套反馈系统。对动床水流，其糙率、水流结构、泥沙运动的强度及分布，均与床面形态息息相关，而后者又随着水流强度的变化而变化。 2、量测中存在不少实际问题。 水流携带泥沙以后，大大增加了水流的浑浊度，使得直接观测泥沙运动比较困难。 在泥沙运动中，最重要的是靠近床面附近的一个区域，这里的流速梯度和含沙量梯度都比较大，水流的势能在此集中转化为紊动的动能，床沙和推移质之间以及推移质和悬移质之间的交换也在此进行。 由于床面层的厚度不是很大，远远不到水深的十分之一，现有的测流取沙仪器往往不能深入到这个区域。对于动床来说，当量测仪器靠近床面还会引起局部的扰动，会使该处的边界条件及水流情况发生变化。 在浑水中紊动特性的测量技术迄今为止尚未完全过关。 在天然河道中，由于水流的多变及具有三维性的特点，量测中的困难更大。 学习特点 ①在研究中不得不对问题做出某些假定，进行一些简化，广泛使用半经验的或经验的方法。 ②同一问题得到的公式各不相同。 ③弄清物理概念，分析影响因素，注意建立条件和适用范围。 ④选定公式后进行计算时，要留意有关变量的量纲及其相互关系，不可随心所欲地取用单位。 ⑤在解决实际问题时，要从实际出发，重视和掌握第一手资料。 §1－1 泥沙的几何特性 一、河流泥沙的分类 二、泥沙的几何特性 筛分粒径（筛径） 沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的，因此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。 两筛之间泥沙颗粒的粒径可以用两筛网孔径的算术平均值或几何平均值计算。 沉降粒径（沉径） 粉沙和粘粒，难以用筛析法确定其粒径，而必须通过测量颗粒在静水中的沉速，然后按照粒径与沉速的关系，反求出与泥沙粒径。 这样所求出的粒径实质上是与泥沙颗粒密度相同、沉速相等的球体直径。 泥沙粒径测量和计算方法 尺量法（称重法，适用于卵石以上的较大颗粒） 等容粒径 筛析法（适用于砾石、沙粒） 筛分粒径 水析法 （沉降法，适用于粉沙、粘土） 沉降粒径 3、泥沙的组成与粒配曲线 特征值 §1－2 细颗粒泥沙的物理化学特性 一、泥沙的比表面积 二、沙粒的电化学性质（以硅酸胶体的胶团为例） 双电层及吸附水膜的特性对细颗粒泥沙的性质及运动规律有重要影响。 水中的颗粒之间有两种作用：分子吸引力（范德华力）和同号电荷的排斥力。 当扩散层薄，颗粒间距离小，作用和为吸引力，颗粒容易聚合；反之亦然。 四、压密过程与物理性质的变化 §1－3 泥沙的重力特性 影响因素：泥沙的水下休止角一般随粒径的减小而减小。 水下休止角不仅于粒径、级配有关，而且与颗粒形状、表面光滑度有关；对淤泥来说还与其密实程度有关。 §1－4 泥沙的水力特性 一、基本概念 单颗粒泥沙在静止、无限大的清水中、匀速下沉的速度称为泥沙的沉降速度。简称沉速（水力粗度）。用 表示，单位为 ㎝/s。 ⒉ 张瑞瑾层流区与紊流区沉速公式 泥沙在紊流区的阻力为 泥沙在层流区的阻力为 泥沙的有效重力为 分别解泥沙沉降时力的平衡方程，同时利用实测资料确定系数 紊流区 （ ） 层流区 （ ） 补充概念: 单位体积浑水的重量称为浑水的容重，记为 。 含沙量（含沙浓度）即单位体积浑水中所含的泥沙的数量。 含沙量对沉速的影响，取决于以上各因素的对比关系。 巴切勒用统计理论考虑均匀均匀球体在水中沉降时的相互影响，对非粘性均匀沙得出如下含沙量对沉速影响的公式