风沙物理学复习题

风沙物理学（看做的两个实验）

绪论

1.风沙物理学概念：

风沙物理学是以物理学的观点来研究风与沙物质地表相互作用规律的科学。

第一章流体力学基本理论（看）

第二章近地面气流运动规律（看）

第三章沙物质及其基本性质

沙物质的物理意义：能够形成风沙流的所有地表固体碎屑物质

1.沙颗粒大小、形状和圆度如何描述

当量直径：具有相同体积的球体直径。

中值粒径：对应于重量百分数为50％的粒径。

平均粒径：do = 1/3 (φ16 + φ50 + φ84)

2.沙物质粒径分布如何表达

分选系数：Sc = (d 75 / d 25)1/2

梯级频率粒配曲线：颗粒粒径为横坐标，重量或粒数的频率百分数为纵坐标得到的一系列相邻的矩形图组。

累积频率粒配曲线：颗粒粒径为横坐标，以小于（或大于）某一粒径的颗粒重量占样品总重量百分数为纵坐标得到的图形。

3.沙颗粒表面组织与环境有何关系

内陆沙漠沙石英颗粒表面结构特征：

较好的磨圆度；

有大量的机械撞击痕迹，撞击坑成群出现；强风暴时由一次撞击作用形成碟形撞击坑；沙粒在滚动和跃移中相互磨擦、碰撞形成麻坑。

化学沉淀作用发育，沉淀多见于各类撞击坑底部成硅质球，一些砂粒表面有大量沉淀形成硅质薄膜并出现裂纹．

海岸沙丘沙石英颗粒表面结构特征：

化学溶蚀作用较内陆沙明显，沿构造软弱部位发展成溶蚀沟、溶蚀洞，甚至出现方向性三角形坑等溶蚀形态。

有代表海滩环境的水下撞击V型坑。

具有代表风成环境的典型特征，如磨圆好、碟形坑，沉淀层和裂纹；有代表水下环境的撞击坑、化学溶蚀坑等。即具有海滩沙特征，又具有叠加其上或与其共生的风成环境特征。

4.沙漠沙颜色是怎么回事？

沙颗粒颜色—取决于矿物成分并随环境条件的改变发生变化。

淡黄色、黄色、黄橙色或棕红色是典型颜色。也有一些是青灰色、红色、白色、黑色。

彩色沙漠：美国科罗拉多大峡谷所在的亚利桑那州，火山熔岩矿物质沙石，具有紫色、黄色、红色、绿色、白色和兰色。库姆塔格沙漠竟然是一个五彩沙漠，沙子有红、黄、蓝、黑、白、绿等各种颜色，与我们最初想象的黄沙漫漫相去甚远。被风化的五彩的风凌石再风化就慢慢碎成了沙子，逐渐形成沙漠。

黑色沙漠：卡拉库姆沙漠，棕黑色，黑色岩层风化形成。白色沙漠：美国新墨西哥州的路索罗盆地。石膏质海床几经变幻，石膏矿被风化后结晶成洁白的微小颗粒。

红色沙漠：澳大利亚辛普森沙漠等。其成因是砂石上裹有一层氧化铁，这是铁质矿物长期风化漫染大漠所至。

5.沙鸣现象——筛匀汰净：

例如：宁夏中卫沙坡头、内蒙古银肯响沙湾、敦煌月牙山

1：风选程度好，沙粒均匀一致，非毛管孔隙多。（振动频率一致，空气中振动容易传播。）(0.11~0.25mm占98％，粉沙0.82％)；

2：跃移旋转运动导致沙颗粒钝／次棱角形（园度0.15～0.25）或次园状（园度0.25～0.4）；滚园沙粒不超过3％（园度0.6～1.0）。（沙颗粒运动自如）

3：沙粒受热增温干燥，含水量降低，有力发声并促进传播。（沙颗粒运动自如，振动容易传播）湿沙颗粒周围水膜水的张力阻止，减弱沙颗粒自如运动和振动传播。（含水量0.4％，一般湿沙含水量4％）。人工筛匀汰净沙颗粒水洗等处理，在水、乙醚、酒精中都可发声。

第四章风沙流运动

1.滑移起动学：

现代高速摄影资料表明，当风力达到一定值后，颗粒不仅发生滚动和滑动，更重要的是发生滑移。

其运动轨迹可以是直线，但更多的是曲线。

滑移与滑动不同，滑移是滑翔式运动，滑动是不离开颗粒和支撑表面的全接触式运动。滑移垂直距离一个粒径，水平几个到几十个粒径距离范围迁移。

回答了流体起动条件下第一颗沙粒是如何首先跳起来的问题。

2.猝发起动学的基本观点（层流底层、主流紊流层、各层对沙层颗粒的影响）。

3.沙颗粒启动过程和机制：

在风力作用下，当风速达到某一临界值时，个别突出的沙粒受到湍流运动和压力脉动的影响，开始出现振动或小摆动；

当风速增大超过临界值之后，沙粒的振动也随之加快，正面推力和上升力也随之加大，并足以克服重力的影响，在较大旋转力的作用下，促使一些最不稳定的沙粒首先沿沙面滚动或滑动和滑移，由于沙颗粒的几何形状和所处的空间位置的多样性以及受力状况的多变性，因此，在滚动和滑移的过程中有些沙粒与地表突起的沙粒碰撞，或被其他沙粒碰撞时，会获得很大的冲量。于是，沙颗粒在冲击力的作用下，在碰撞瞬间由水平运动急剧转变为近乎垂直运动进入气流中。4.沙粒的起动风速

起动风速：沙粒在一定的风力作用下开始运动，使沙粒开始运动的临界风速即为起动风速。

相同条件下，流体起动风速值大于冲击起动风速值

5.流体起动\冲击起动与风蚀的物理意义和他们之间的关系

风蚀：气流(风力)作用下土壤圈或岩石圈的破损。风蚀过程是风力作用引起的地表物质脱离地表、搬运和再堆积过程的统一。

根据气流性质之差异，风蚀又分为：

吹蚀(deflation)-大气将地表沙和土壤物质吹起搬运称吹蚀，即净风侵蚀；

磨蚀(abrasion)-地表物质受风沙流冲击及摩擦，即风沙流侵蚀。

起动性质不同：流体起动为风蚀性起动，冲击起动为置换性起动。

分选性不同：流体起动具有主动分异性，冲击起动具有随机分异性。

关系：两种起动兴衰与共不可分割。

6.风沙流中沙粒运动有四种形式：

蠕移运动：滚动/滑动全接触式运动0.5～2.0mm，占总量1/4

滑移：瞬时离开沙床表面的滑翔式（X:几～几十粒径,Y：1个粒径)

跃移运动：0.5～0.05mm 极易区0.2～0.15mm 占总量3/4

悬移运动:< 0.1mm，极少,近风速度在运动

7.跃移质对沙粒运动物理意义

1）跃移质占到风沙流总沙粒的1／2 ～3／4

凌裕泉在新疆莎车测定风速在5～10m/s，跃移质78％

——风沙流中的沙颗粒以跃移运动为主