第五講泥沙運動的基本概念

1、第五講 泥沙運動的基本概念,黃爾 2012年4月,3 泥沙運動的基本概念,5.1 床面泥沙顆粒的受力情況 5.2 泥沙的運動形式 5.3 劃分推移質及懸移質的意義 5.4 床沙質與沖瀉質,5.1 床面泥沙顆粒的受力情況,拖曳力與上舉力,水流流過泥沙的膚面摩擦力及背水面渦輥造成的前后壓差阻力的合力稱為拖曳力。 流過泥沙顆粒頂部流速高于底部水流流速產生的向上的壓力差稱為上舉力 u0為作用在沙粒上的流速,作用流速,作用流速（有效流速）距床面的距離應與泥沙粒徑成正比，但具體數值尚未統(tǒng)一。 0.5d、0.35d、u0取斷面平均流速、u0直接用摩阻流速,關于拖曳力和上舉力,處理方法各異，差異較大，應該測壓

2、力分布，計算合力的分量。 拖曳力系數與沉降的阻力系數規(guī)律相似 作用力 ？作用流速？ 脈動服從正態(tài)分布。 上舉力與拖曳力的相對重要性：對于相嵌的泥沙上舉力更重要。但由于起動公式都是用實驗確定綜合系數，所以不是實質性問題。,重力和粘結力,水下重量： 粘結力： 原狀粘土的粘性力影響因素很多，難以表達。主要研究水中新淤泥沙的粘結力。 一種看法：源于薄膜水單向穿壓特性，屬于附加壓力 另一種：主要來至分子引力。,粒間離散力,很多泥沙與水流存在相對運動時，粒間的繞流流態(tài)將使顆粒間相互產生影響，表現為顆粒承受一個與水流相垂直的力，稱為粒間離散力。 也可以看成顆粒間碰撞動量交換產生的力。 有助于河床穩(wěn)定,滲透壓

3、力,當河水與地下水相互補給、在河床內部出現滲流時，床面泥沙還將承受滲透壓力。 地下水內滲時，會減小床沙穩(wěn)定。 當河水外滲時，會增加床沙穩(wěn)定。 由于滲透壓力數值較小，一般可忽略。,5.2 泥沙顆粒的運動形式,推移質：床面附近運動的泥沙 接觸質：運動中與河床保持接觸 躍移質：跳躍前進的泥沙 層移質：河床表面泥沙成層運動 懸移質：隨漩渦懸浮在水中，并隨水流前進的泥沙稱為懸移質。,推移質與懸移質的相對重要性,水流強度較弱時，以推移質為主 隨著流速的增大，懸移質的重要性將超過推移質。 平原河流中、推移質沙量往往不足總沙量的5%。高壩大庫的庫容損失主要受懸移質影響。 山區(qū)天然航道整治、取水工程、防洪工程、

4、低壩(閘)樞紐等工程泥沙問題主要受推移質運動影響。,5.3 劃分推移質及懸移質的意義,5.3.1 泥沙運動的連續(xù)性 懸移質床面層層移層床沙 各種運動形式的相互交換,5.3.2推移質與懸移質在物理本質上的區(qū)別,一、運動規(guī)律不同：,二、能量來源不同,推移質的運動要加大水流的能量損失。 懸移質隨漩渦前進，不直接消耗水流的能量，維持懸浮的能量來至紊動動能。紊動動能是水流已經消耗的能量的一部分，是最后轉化成熱能的過渡形式。,三、對于河床的作用不同,懸移質增加了渾水的容重，加大了水體的靜水壓力 推移質增加河床表面的壓力，加大了河床的穩(wěn)定性。,5.3.3 劃分推移質和懸移質的實際意義,彎道環(huán)流對推移質和懸移

5、質的影響不一樣。 在發(fā)生沉積的環(huán)境中，兩者的淤積部位不同。 山區(qū)河流的河床變形主要受推移質的影響。 ,5.4床沙質和沖瀉質,按泥沙的相對粗細及來源的不同，可分為床沙質和沖瀉質。 錢寧將“質”這個字專用于水流中運動的泥沙。組成河床的泥沙叫“床沙”。,5.4.1問題的提出,愛因斯坦等發(fā)現床沙中粗的顆粒多于細的顆粒，運動的泥沙中則相反。運動泥沙中較細的一部分在床沙中沒有或很少，這部分細顆粒與床沙似乎沒有交換。 水流中粗顆粒泥沙的含量與流量相關，而細顆粒則不明顯。 粗顆粒泥沙可以看成是來至上游河床，稱“床沙質”，細顆粒泥沙來至流域，在本河段很少停留，一瀉千里，叫“沖瀉質”。,5.4.2床沙質及沖瀉質運

6、動規(guī)律的同一性,山區(qū)河流河床由塊石或卵石組成，水流中的細顆粒泥沙與床沙基本不交換，相當于定床輸沙。 對于全部泥沙都能起動的沖積河流而言，床沙質與沖瀉質的運動規(guī)律是一致的。,流量輸沙率關系,沖積河流的水流挾沙能力，是指在一定河床組成下，水流能挾帶的泥沙。 實驗表明：當來沙量變化時，對于沖瀉質基本能繼續(xù)下泄。對于床沙質則下泄沙量變化幅度較小。因此，床沙質的流量輸沙率關系要明確得多。 在多沙河流中，即使是床沙質也存在“多來多排”現象。 河床的粗化或細化，可以使河道挾沙能力隨之減小或增大。,劃分沖瀉質和床沙質的標準,床沙中最細的5%看成沖瀉質。 將床沙和懸移質級配曲線上下疊繪，用公切線與橫坐標的交點確定為臨界粒徑。 山區(qū)河流，卵石是床沙質，沙以下就是沖瀉質。中下游沙質河床，沙是床沙質，粉砂以下屬于沖