泥沙课后习题讲解

1.泥沙主要有哪些特性？

(1）矿物的物理特性

①比重——矿物容重与水容重之比:泥沙的比重一般都在2.60～2.70之间，通常取用2.65。

②硬度——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。

(2)几何特性

泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。①泥沙的粒径：泥沙颗粒的大小，以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D(或d)，单位mm。1）等容粒径：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。D=abc/3,或者D=3√abc。2）筛分粒径（筛径）：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。3）沉降粒径（沉径）②圆度——指颗粒棱和角的尖锐程度。定义：颗粒最尖锐棱角的曲率半径除以颗粒最大内切圆的半径。③球度—反映沙粒形状的特征系数，沃德尔(wadell)定义：与颗粒体积的球体直径（等容粒径）和颗粒外接球直径之比。用Ψ表示。④比表面积，定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。⑤泥沙的群体特性（级配曲线）。粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。⑥孔隙率与孔隙比。孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比：n=V孔隙/V总。孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比：e=V孔隙/(V总-V孔隙)

（3）泥沙的重力特性

①密度：密度——颗粒单位体积内所含的质量。②容重（重度）：容重（重度）——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。③比重：比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。无量纲，一般泥沙比重：=2.65。④有效容重系数（有效密度系数）

泥沙在水中运动状态，既与泥沙容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对

数值，为简便起见，令：

γ

γ

γ-

=s

a

ρ

ρ

ρ-

=s

a

常取a=1.65。⑤干容重单位体积沙样经

过100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。符号：s

γ'单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑥浑水容重：单位体积浑水的重量，单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑦含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占比例，⑧水下休止角（φ）在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的稳定的倾斜面，此面与水平面的交角

称为泥沙的水下休止角。⑨水下摩擦系数—泥沙的水下休止角的正切值。

ϕ

tan

=

f

（4）物理化学性质

泥沙的物理化学性质主要指细颗粒泥沙的物理化学性质。由于细颗粒泥沙的比表面积很大，有较强的吸附作用，故细颗粒泥沙表面的物理化学作用显得特别突出，从而对细颗粒泥沙的运动产生重要的影响。细颗粒泥沙因物理化学作用而具有粘性，又称为粘性泥沙，简称粘粒。细颗粒泥沙的物理化学作用的大小与颗粒的比表面积有关。

2.泥沙粒径的表示方法有哪四种？其中等容粒径如何计算？

1）等容粒径，2）筛分粒径（筛径），3）沉降粒径（沉径）

①测定泥沙颗粒的重量（或体积）

3

1

3

1

6

6

⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

=

⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

=

s

W

V

Dπγ

π

②将泥沙看成椭球体，直接测量其长轴a、中轴b、短轴c

用其算术平均值表示粒径

()3

/

c

b

a

D+

+

=

用几何平均值表示粒径3abc D =

3.何为粒配曲线、中值粒径和平均粒径？并掌握绘制方法。

粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。D50：中值粒径，小于该粒径和大于该粒径的泥沙颗粒各占50%。Dm ：平均粒径，即各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。

粒配曲线的绘制方法和过程：①取样筛分，获取各粒经组Di 泥沙的重量；②统计出小于和等于各粒经Di 的沙重，并算出其占总重的百分比pi ；③准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格，纵坐标是普通分格)；④以粒经Di 为横坐标(对数坐标，从大到小)，小于和等于粒经Di 的沙重百分比pi 为纵坐标(普通坐标)绘制D ～p 粒配曲线。

4.何为干容重？影响干容重的四个主要因素是什么？

干容重单位体积沙样经过100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。符号：s

γ'单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；

影响干容重的主要因素：①泥沙颗粒大小的影响：颗粒越大， gs ’越大，变化范围小；颗粒越小， gs ’越小，变化范围大。②泥沙淤积厚度的影响：淤积越厚，gs ’越大，变化范围越小；淤积越浅，gs ’越小，变化范围越大。③泥沙淤积历时的影响：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。④泥沙组成的影响：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。 5.泥沙一般分哪三种沉降状态？采用什么方法判断？并掌握球体层流、紊流状态的沉降公式。

6.什么是比表面积？其物理意义是什么？

定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。2）比表面积的意义：颗粒越小，比表面积越大；反映泥沙颗粒的物化作用与重力作用的相对大小，其值越大，物化作用就越大。

7.什么是絮凝现象？粗颗粒会发生絮凝现象吗？

细颗粒泥沙在一定条件（水质中含有较多的细颗粒泥沙，特别是再含有复杂的化学成分时）下彼此聚合的过程称为絮凝或絮凝作用。

8.掌握容重、干容重、孔隙率之间的换算关系。

干容重与孔隙率n 的关系：)1()1(n n s

s s s -'=-='γγγγ

9.影响天然泥沙沉速的因素有哪些？

泥沙颗粒形状，水质，含沙量，边界，水体紊动