01、第1次课(第一章绪论、第二章泥沙的性质(几何性质、重力性质))

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绪 论
泥沙运动力学的研究范畴
泥沙运动力学研究泥沙在流体中冲刷、 搬运和沉积的规律。
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第一节 泥沙问题在生产实践中的重要性
多沙河流与清水河流相比，具有迥然不同的特点， 多沙河流与清水河流相比 ， 具有迥然不同的特点 ， 会给 生产带来一系列问题，其中主要包括下面几个方面： 生产带来一系列问题，其中主要包括下面几个方面：
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上 下 两 筛 中 径 Di
(mm)
介 于 上 下 两 筛 孔 间 的 重 量 百 分 比 △ pi
(%) 0.48 5.29 21.68 52.23 18.39 1.48 0.1
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解：1、利用Excell计算 △pi、di×△pi、 、利用 计算∑△ ×△ 计算 ∑di×△ i ×△p 2、利用 、利用Excell制作粒配曲线 制作粒配曲线 3、求 d50 、 d pj 、
3 s
3
s
γ s −γ ρs − ρ a= = = 1.65 γ ρ
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三、泥沙的干容重与干密度 定义：沙样经100 105℃温度烘干后 其重量（ 100～ 温度烘干后， ⒈ 定义：沙样经100～105℃温度烘干后，其重量（或 质量）与原状沙样整个体积的比值， 质量）与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干 容重 γ ' （或干密度 ρ' ）。 ① 单位 ② γ＝ρg, γ s = ρs g ， γ '＝ρ' g ⒉ 研究意义 干容重的变化范围：变化范围较大，约为0.35 0.35－ ⒊ 干容重的变化范围：变化范围较大，约为0.35－ 1.75之间 之间。 1.75之间。 ⒋ 影响干容重的主要因素 ① 粒径组成 ；② 淤积物埋藏的深度 除上述两个因素以外，泥沙干容重还与淤积历时、 除上述两个因素以外，泥沙干容重还与淤积历时、 细颗粒含量及化学成分、 细颗粒含量及化学成分、是否暴露在空气中等因素 有关。 有关。 24
D1
D2
筛析法示意图
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。 算术平均值或几何平均值计算。
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㈢、沉降粒径（沉径）
粉沙和粘粒，难以用筛析法确定其粒径， 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， 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， 然后按照粒径与沉速的关系，反求出与 泥沙粒径。 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。 密度相同、沉速相等的球体直径。
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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） 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） 筛析法（适用于砾石、沙粒） 筛分粒径 沉降法，适用于粉沙、粘土） 水析法 （沉降法，适用于粉沙、粘土） 沉降粒径
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二、粒配曲线 ㈠、粒配曲线 级配曲线、颗分曲线, 粒配曲线（ ㈠、粒配曲线（级配曲线、颗分曲线,或累积频 率曲线） 率曲线）
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第二节 学科性质及现状
泥沙运动力学的不成熟性的原因在于： 泥沙运动力学的不成熟性的原因在于：
量测中存在不少实际问题。 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， 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。 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， 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， 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。 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， 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， 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。 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， 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。
长轴 a 中轴 b
短轴 c
泥沙颗粒形状
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一、泥沙的粒径 泥沙颗粒的大小，通常以颗粒直径来表示，简称粒径 颗粒直径来表示 粒径， 泥沙颗粒的大小，通常以颗粒直径来表示，简称粒径， 其符号为D ），单位mm。 单位mm 其符号为D（或d），单位mm。
㈠、等容粒径 定义： ⒈ 定义：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的 球体直径。 球体直径。 ⒉ 计算测量方法 测定泥沙颗粒的重量（或体积） ① 测定泥沙颗粒的重量（或体积）
1、泥沙的形成及性质 2、泥沙运动力学 3、泥沙的野外取样及室内试验 4、应用泥沙学
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第二节 1、现象本身的复杂性
学科性质及现状
泥沙运动力学的不成熟性的原因在于： 泥沙运动力学的不成熟性的原因在于：
泥沙运动一般属于两相流的范畴， 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 又反过来影响水流，二者互相制约，互相影响， 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。 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 如果水流中含有小于0.01mm的颗粒，颗粒表面的物化性质起 mm的颗粒， 着重要作用，这是水流已不属于牛顿体。 着重要作用，这是水流已不属于牛顿体。 泥沙运动一般又属于动床水流的范畴， 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， 的泥沙颗粒，边界在水流作用下发生变形，又反过来影响水 形成了的第二套反馈系统。对动床水流，其糙率、 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， 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。 后者又随着水流强度的变化而变化。 6
1、防洪问题 2、水库淤积问题 3、灌溉渠系淤积问题 4、低水头枢纽及取水口泥沙问题 5、港湾河口淤积问题
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第二节 学科性质及现状
钱宁认为， 钱宁认为 ， 泥沙运动力学应该是内容更广泛的 泥沙学”的一个组成部分。 “泥沙学”的一个组成部分。 “泥沙学”主要包括四个方面的内容： 泥沙学”主要包括四个方面的内容：
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第二节
泥沙的空隙率、重率、干容重、 泥沙的空隙率、重率、干容重、水下休止角
二、泥沙的重率（容重）与密度 泥沙的重率（容重） ⒈ 泥沙的容重 单位：国际单位、 ①单位：国际单位、工程单位 γ = 26kN / m ②分析与计算中一般取值 ⒉ 泥沙的密度 ①单位 ρ = 2650 kg / m ②一般取值 重率系数、有效容重系数（ ⒊ 重率系数、有效容重系数（有效密度系 数）
6V 6W D= = π πγs
1 3
1 3
(1(1-1)
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㈡、筛分粒径（筛径） 沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的， 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。 此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。
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例题1：某沙样筛分结果如下表，绘制粒配曲线， 例题1 某沙样筛分结果如下表，绘制粒配曲线， 求 d50 、d pj 。
筛 孔 孔 径 D
(mm) 1.168 1.001 0.833 0.711 0.589 0.503 0.417 0.356 0.295 0.252 0.208 0.178 0.147 0.126 0.104 0.089 0.074 0.05
D50=0.0073mm
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②平均粒径
d pj 算术平均粒径） （算术平均粒径）
d pj =
计算公式： 计算公式：
∑d ∆p
i =1 n i
n
i
∑∆p
i =1
（1-2） ）
i
式中，di 为第 组泥沙的代表粒径。n为沙样按 组泥沙的代表粒径。 为沙样按 式中， 为第i组泥沙的代表粒径 粒径大小的分组数。 粒径大小的分组数。 含义： 含义：上式实质上是以各组泥沙的重量百分 数为权重的加权平均值。 数为权重的加权平均值。
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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 在研究中不得不对问题做出某些假定， 广泛使用半经验的或经验的方法。 化，广泛使用半经验的或经验的方法。 同一问题得到的公式各不相同。 ②同一问题得到的公式各不相同。 弄清物理概念，分析影响因素， ③弄清物理概念，分析影响因素，注意建立条件和适 用范围。 用范围。 选定公式后进行计算时， 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。 其相互关系，不可随心所欲地取用单位。 在解决实际问题时，要从实际出发， 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。 一手资料。
粒径D(mm) 0.1
泥沙粒配曲线
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第二节
泥沙的重力性质
一、泥沙的孔隙率
1、定义：泥沙中空隙的容积占沙样总容积的百分 、定义： 比称为孔隙率。 比称为孔隙率。泥沙的孔隙率反映了颗粒与颗 粒之间相互结构松紧的程度。 粒之间相互结构松紧的程度。 ⒉ 影响因素 粒径大小： ①、粒径大小： ②、沙样的均匀性 ③、埋深 ④、淤积历时
d pj =
∑d ∆p
i =1 n i
n
i
∑∆p
i =1