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1、第一章泥沙特性等容粒径定义：容积与泥沙颗粒体积相等的球体的直径算术平均粒径:定义：长、中、短轴的算术平均值几何平均粒径：定义：将泥沙视为椭球体，求其等容粒径（球体）D =（a + b + c 1；3天然沙孔隙率的一般规律（影响因素）粒径：沙样越粗，孔隙率越小（细沙表面积大，颗粒间摩擦、吸附及搭成构架的 作用强）。粗砂：3940%；中沙：4148%；细沙：44-49%；粘土絮凝后可达90%。均匀程度：均匀沙的孔隙率最 大。因非均匀沙粗颗粒间孔隙由细颗粒填充。形状：圆滑的、棱角不分明的沙样孔隙率较小。沉积时间：越长， 孔隙率越小。比表面积的定义:泥沙颗粒的表面积与其体积之比比表面积的意义：颗粒越小
2、，比表面积越大。反映泥沙颗粒的物理化学作用与重力作用的相对大小，比表面积越力亲 水性越强），物理化学作用越大。影响干容重的主要因素：粒径：影响孔隙率n。粒径f，n I，gs，f，变化范围I；粒径I，n f，gs，I，变 化范围f。淤积厚度：影响土的自重应力，自身固结压缩一影响孔隙率n。淤积越深，gs越大，变化范围越小；淤 积越浅，gs越小，变化范围越大。淤积历时：影响排水固结充分程度一影响孔隙率n。沉积越短，gs越小；沉积越 长，gs越大，然后趋于稳定值；大颗粒稳定历时短，细颗粒稳定历时长级配：影响孔隙率n：组成越均匀，孔隙率 越大，gs,越小；组成越不均匀，孔隙率越小，gs,越大。水下休止角
3、：泥沙在静水下自然堆积而不塌落的坡面倾角，f（ ）。水下摩擦系数：f=tgf 说明:粒径越大，水下休止角越大，摩擦系数越大，坡度越陡。束缚水=粘结水+粘滞水 絮团：分散细颗粒相互吸引，聚合成结构松散、类似棉花团的较大团粒或团块，称为，絮团形成的过程即称絮凝 沉降的过程初始，Y sY W，重力阻力，加速下沉沉速增加一阻力逐渐增大，而重力恒定，加速度减小当重 力=阻力，加速度=0，泥沙匀速下沉，沉速趋于稳定。沉速的定义单颗粒泥沙在静止的无限大的清水中匀速下沉的速度，w（cm/s）沉速反映泥沙在与水流相对运动时对机械运动（水流携带）的抵抗能力（沉速越大，泥沙沉淀的倾向越强）沙粒雷诺数:R八=凹反映泥
4、沙沉降形式的无量纲参数。物理意义：沙粒惯性力（1）与水流粘滞力（f）的对比。沙粒 gDv雷诺数小，表明粘滞力影响大，泥沙沉降时周围绕流表现为层流。沙粒雷诺数大，表明惯性力影响大，泥沙沉降时周 围绕流表现为紊流。粘性流体中绕流包括沙粒表面摩擦阻力和形状阻力两部分:前者-固边界的边界层引起的摩擦阻力；后者-物体后部的流 动分离（漩涡）使得物体前面的压力大于后部，产生了压力差沉降的形式:层流状态下降。ReD0.5，垂线下沉，颗粒不发生摆动、转动、滚动，周围水体不发生紊乱现象过 渡状态下降-寺庙僧庵，水缸硬币。ReD=0.51000，摆动下沉，颗粒前部为层流，尾部为紊流，周围水体层紊过渡 紊流状态下降
5、。ReD1000，螺旋形下沉，颗粒本身也转动，周围水体布满漩涡影响沉速原因：泥沙颗粒形状对沉速的影响细颗粒泥沙难以量测形状，水中杂质易使细颗粒形成絮团而成为大颗 粒，沉速加大，且粒径越小，絮凝作用越强。在含盐度10%。时，含盐度越大，沉速越大；10%。后影响不大。含 沙量对沉速的影响粗颗粒：附近其它泥沙下沉一连续性要求一本水体上升一沉速减小。含沙浓度增大一水体比重增 大一浮力增大一沉速减小细颗粒:D0.03mm含沙量15kg/m3:相邻细颗粒泥沙产生絮凝使沉速增大。含沙量15kg/m3: 含沙量增大一水流粘性增大一沉速减小（水流穿过絮网，阻力增加）。边界对沉速的影响有界沉速无界沉速近壁 沉速远
6、壁沉速近底沉速远底沉速D/B越小，沉速越大。水体紊动对沉速的影响影响原因：紊动一脉动一外 力不稳定一涡流一沉降打转一沉速变化？脉动方向和大小不定一时而加速、时而减速一增加额外阻力。紊动一表面压 力分布变化一阻力增大或减小。第二章推移质运动运动形式随水流条件的变化情况：接触质：流速较大但不太大，泥沙发生运动，主要形式为滑动和滚动，始终与床 面保持接触，为数不多。跃移质：流速增大,若滚动泥沙处在上举力突然增大处，会跳跃起来进入流速较大的水流区， 挟带一定距离后，在重力和向下漩涡的作用下重新回到床面。这是推移质运动的主要形式。层移质：流速达到一定 限度，河床表面泥沙作剪切运动，泥沙成层的移动或滚动。
7、悬移质：流速超过一定数值，紊动强度加强，水流中充 满了大小不同的漩涡，漩涡尺寸大于粒径，向上分速大于沉速，此时，跳跃中的泥沙会进入主流区随水流同速前进。 推移质和悬移质的相对性:推移质和悬移质不能绝对分开，之间存在交换。从河底到水面，泥沙是连续的，中间有交 错部分。泥沙分布具有连续性，悬沙中较粗的颗粒与推移质中较细的颗粒交错，悬沙时而滚动，底沙也时而悬浮悬 移质与推移质存在着交换。水流较弱时，悬移质一推移质。水流较强时，推移质一悬移质运动泥沙与静止泥沙 发生交换。悬沙一底沙一床沙一底沙一悬沙推移质和悬移质物理本质上的区别：运动规律不同：推移质：运动取决于泥沙跳离床面时的受力情况。悬移质：运 动
8、不仅取决于泥沙跳离床面时的受力情况，还受悬浮作用的影响。能量来源不同：浑水能量=水流势能+水流紊动 动能+泥沙颗粒的势能。推移质：能量来源于水流势能（水流带动泥沙运动，将水流的势能转化为泥沙动能）。悬移质： 能量来源于水流紊动动能（紊动动能为水流势能转化为热能的过渡形式）对河床的作用不同：推移质：颗粒碰撞使得 颗粒间动量交换，产生剪力，向上的离散力支持底沙的重量，向下的离散力，使河床受到向下的压力，增加河床稳定 性，影响河床颗粒本身。悬移质：漩涡动量产生力支持泥沙重量，同时增加挟沙水流的容重，加大静水压力，可传递 到河床孔隙间的水体，影响河床颗粒间的水体泥沙的起动条件：河床表面上的泥沙颗粒由静
9、止状态转化为运动状态时的临界水流条件起动的判断标准:克雷默的定性标准（将推移质运动划分为四个阶段）：无泥沙运动：泥沙完全静止。轻微的泥沙运 动：个别可数的泥沙运动。中等强度的泥沙运动：床面各处均有。50的泥沙在运动。普遍的泥沙运动：各种大小的沙 粒均已运动，床面已经变形。缺点：定性不定量，不同的人，即使是同一人在不同的情况，判断的结果差异较大。m : pD 5亚林（Yalin）的颗粒数标准：=布，-二一m： t时间内从床面面积A内冲刷外移的沙粒颗数。s水面比降:亦称坡降、坡度。指水面水平距离内的落差。纵比降水面沿河流方向的高程差与相应的河流长度相比。横比 隆!河道横断面左右岸水面的高程差与之相
10、应断面的河宽之比（地球自转和河道弯曲处离心力的作用引起）粘性沙受力特点：（1）粘性沙除了受水下重力、拖曳力和上举力以外，还受粘结力作用粘结力：因细颗粒泥沙的双电 层结构，存在束缚水引起。沙波：水流强度达到一定强度后，推移质运动的集体形式。此时，床面呈起伏不平的波浪形态，并向下游移动，是推 移质运动的主要形态，是构成河床地形的基本元素。影响河道河道阻力一水流结构一泥沙运动一河床演变沙波的平面形态-与水流强度密切相关。带状（顺宜.）沙波。波峰线平行，且与水流方向垂直或略斜交，沙波形成初期 常见。断续蛇曲（弯曲）状沙波。波峰线成不规则曲线，时断时续，大致与水流方向垂直，天然河道常见。舌状沙波。 与新
11、月形相似，但波峰凸向下游，如下弦月。新月形沙波。入A，排列较整齐，单行与双行彼此交错，波峰凸向 上游，如上弦月。天然河道常见。沙波床面上的水流状态：水流强度分布不均，迎水面加谏区，背水面减谏区，【峰=max，U谷=min背水面常产 生平轴漩涡漩涡上下端出现两滞流点（A1、A2），即U=0（流速转向）A1与A2之间的沙波表面的流速为负值（反流向） 沙波对河床的水选作用：水选作用:迎水面加谏区的泥沙翻过波峰后，极细泥沙输向下游，粗颗粒落淤回到波谷区，其 中的较细沙在负流作用下沿背水面向上游输移（但较难越过A1点），粗沙则留下，因此形成上细下粗的现象。沙波的整体运动：迎水面受水流冲刷而逐渐下移，背水
12、面淤积而逐渐向前延伸，导致整个沙波形态徐徐向下游推进， 但U沙波U流。沙波运动的发展阶段：随着水流条件由弱变强，床面形成的沙波阶段:低谏流区:静平整一沙纹一沙垄：过渡流区:动平 整；高速流区:沙浪一碎浪（水面波波谷低于河床沙浪波峰）一急滩、深潭研究沙波运动的意义.：沙波运动对河道水流及河道演变所产生的影响是直接和深刻的。沙波是冲积河流阻力的主要组 成部分。波峰下游面形成的平轴漩涡助长紊动，是形成大尺度紊动的根源之一。沙波的发展有时会造成水位流量关 系的异常现象。根据沙波尺寸及运动条件可以估算推移质输沙率。冲积河流阻力（动床阻力）：冲积河流由可动的泥沙组成，常有沙纹、沙垄、沙浪等沙波形态出现，边
13、界和阻力在不停地 发生变化，与明渠定床阻力有较大差别研究冲积河道阻力的意义：影响河道泄流能力的关键参数。决定输沙能力的重要参数，反映水流对河床作用力的大小。 研究局部建筑物（桥墩、码头等）对水流影响的主要参数。推移质输沙率：一定的水流和床沙组成条件下，河床处于不冲不淤的输沙平衡状态时，单位时间内通过过水断面的推 移质数量（Gb，kg/s）。单宽推移质输沙率（最常采用）:单宽过水断面的推移质输沙率，gb ,kg/（s.m）Einstein的六点认识：床沙与底沙（推移质）存在交换，运动一静止一再运动，说明了床面泥沙的全部历史，试验说明 沙粒在床面上停歇的时间愈久，输沙率愈小。所以推移质输沙率决定于
14、沙粒在床面停留的久暂。推移质运动的随机 性，说明统计学研究的可行性，应研究群体，而不应该研究某一颗或某几颗沙粒的运动。任何沙粒起动的概率，决 定于泥沙的性质及床面附近的流态，与沙粒过去的历史无关。使泥沙起动的作用力主要是上举力，当瞬时上举力大 于沙粒在水中的重量时，床面沙粒就进人运动状态。一定的沙粒，在床面各处的起动概率相同。沙粒在走完一段距 离以后，就要进行一次选择：继续保持运动状态还是沉落到河床上。这个距离称为单步距离，其长短取决于沙粒的大 小及形状，而与水流条件、床沙组成及推移质输沙率无关。对于具有一般球度的沙粒，单步距离约相当于粒径的100 倍。沙粒在完成一个单步距离后，只要当地的瞬时
15、水流条件不足以维持其继续运动，就会在那里沉淀下来。对于一定的沙粒，其在床面各处沉淀的概率都是一样的。基本思路：输沙平衡冲刷量=淤积量，沉积概率=冲刷概率）第三章悬移质运动研究意义：引水排沙工程:需了解含沙量沿水深的分布。库区淤积及淹没:需知道悬移质输沙量。河床演变分析:需了解 输沙率及含沙量沿程变化泥沙悬浮的条件：床面附近的漩涡尺度大于泥沙粒径。漩涡的向上分速大于泥沙的沉速。床沙质:较粗颗粒的运动泥沙（该河段小部分悬移粗沙及大部分推移粗沙）在运动过程要与河床上的泥沙发生交换，可认 为来自相邻上游段及本段河床，是从床沙中进入运动的泥沙;与河床冲淤变化有密切关系（又称造床质）。冲泻质:较细颗粒运动
16、泥沙（该河段大部分悬移细沙及小部分推移细沙）在运动过程不与河床上的泥沙发生交换，可认为 是从较远上游流域冲刷后一泻千里而来，沿程几乎不交换、不沉淀，与河床冲淤变化基本无关系（又称非造床质） 推移质尹床沙质，悬移质尹冲泻质：悬移质含较细床沙质和冲泻质冲泻质多，床沙质少）。推移质含较粗床沙质和冲泻 质（冲泻质少，床沙质多）。床沙质与冲泻质在一定条件下可以相互转换（水流条件）:同一粒径颗粒，上游是冲泻质一水流减弱一下游成为床沙质。 同一粒径颗粒，洪水期冲泻质，枯水期可能是床沙质。库区床沙质的粒径更小（水流速度很小）。注意:两者的划分需根 据具体河段条件来确定分界条件。重力作用：泥沙比水重而向下沉降，使得水流含沙量在河底较大，水面较小，悬沙呈现上
