第二章 河流泥沙基本特性

一、概念题

几何特性、重力特性、水力特性、物理化学特性；等容粒径、筛分粒径、沉降粒径、级配曲线；比表面积、泥沙沉速、绕流雷诺数

       几何特性：泥沙颗粒的形状、大小及群体泥沙的组合特性；

       重力特性：泥沙颗粒的容重与淤积泥沙的干容重。

       水力特性：泥沙颗粒的沉降速度；

物理化学特性: 电化学性质       颗粒表面电荷不仅吸引离子，也吸引水分子，形成与离子双电层相对应的粘结水和粘滞水。粘结水和粘滞水统称为束缚水，束缚水外为自由水，不受静电引力作用，在重力作用下能自由流动。

等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径。

筛分粒径：通过筛分，绘制粒径的累积频率分布曲线。两筛之间（

）的平均尺寸，用算术平均            或几何平均        ，筛分法量得的颗粒粒径接近于等容粒径。

沉降粒径：对于粒径小于0.1mm的细沙，必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密度相同，沉速相等的球体的直径，即为泥沙颗粒的沉降粒径。

级配曲线：通过颗粒分析（筛分和水析）得到各种粒径的泥沙重量，在半对数坐标纸上，将泥沙粒径绘于横坐标（对数坐标），小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分比绘于纵坐标（普通坐标），所得到的累积频率曲线。  

颗粒比表面积：颗粒表面积与其体积之比，间接反映了颗粒受到的物理化学作用与重力作用的相对大小。对于球体，其比表面积计算为

泥沙沉速:单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度，简称沉速。泥沙沉速是研究泥沙运动尤其是悬移质运动（如泥沙淤积、水流挟沙能力、动床河工模型设计）的重要参数，在实际工程中（如沉沙池设计、抛石护岸工程设计）经常使用。

二、问答题

1、试说明等容粒径、筛分粒径和沉降粒径的适用范围？P24

2、已知沙样a、b、c和d的粒配曲线如下图所示，试说明这四种沙样的几何特性有什么不同？a和b坡度较陡表示沙样组成均匀，且a颗粒较粗，b颗粒较细；c坡度较缓表示各组粒径的泥沙数量接近，组成很不均匀，粒径变化范围很大；d沙样组成很均匀，粒径变化范围小。

3、给出中值粒径 (D₅₀)、算术平均粒径 (D_m) 和几何平均粒径 (D_mg) 的定义或定义式。当lnD满足正态分布式，这几种粒径及几何标准差与D84.1、D15.9之间的关系如何？

中值粒径 (D₅₀):粒配曲线上纵坐标为50%的泥沙粒径。

4、什么是双电层与结合水？双电层的厚度与液体中反离子浓度有何关系，对絮凝有何影响？吸附层（固定层）：在静电引力的作用下，带负电荷的细颗粒泥沙将水中带正电荷的离子牢固地吸附在颗粒的表面；扩散层：吸附层的离子电荷不足以平衡颗粒表面的全部电荷，在吸附层外还有一层与颗粒表面电荷相反的反离子层。扩散层中的离子，一方面受颗粒表面吸引，另一方面又有分子热运动，构成动平衡。吸附层和扩散层构成双电层，双电层外属中性水.粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷的作用下，吸附层内的水分子整齐而紧密地排列，失去了自由活动的能力。泥沙颗粒表面作用于粘结水的引力达1万个大气压，粘结水密度达1.2 ~2.4g/cm3，平均2g/cm3。在力学性质上，粘结水与固体物质相同，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不传递静水压力；

5、密度、容重和干容重在概念上有什么区别？

密度（rs）：单位体积颗粒的质量，单位为kg/m3或t/m3；泥沙的密度与母岩成分有关，在天然河流中，通常rs=2.55~2.75t/m3，平均2.65t/m3。容重（gs）：泥沙颗粒的实有重量与实有体积的比值（排除孔隙率在外），单位为N/m3或kN/m3，工程单位kgf/m3或tf/m3；通常 gs=25~27 kN/ m3，平均26kN/m3。干容重（或干密度）（ g’s或r’s）：未经扰动的原状沙样，在100~ 105oC的烘箱内烘干后，其重量（或质量）与原状沙样的体积之比，单位为N/m3或kN/m3（工程单位为kgf/m3或tf/m3）。

6、泥沙沉速的测定方法有哪几种，各方法的适用范围如何？

7、泥沙沉速在层流、紊流、过渡区中的计算公式有何不同？如何判别这三种绕流状态？

层流区沉速公式

对于 的层流情况，利用Stokes绕流阻力系数，由式（1）和式（4）可计算圆球的沉速为

充分发展紊流区沉速公式

对于 的充分发展紊流，将阻力系数0.45代入到式（1）求得圆球的沉速为   

过渡区沉速公式

        对于 的绕流过渡区，由于没有阻力系数确切的表达式，只能根据式（1）来确定 和沉速 之间的关系，即

引自：http://eybk.blog.163.com/blog/static/11211383200841011593034/