第七章 淤泥质海岸的泥沙运动及其岸滩演变
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一、粘性泥沙的起动和冲刷
淤泥床面冲刷类型
再悬浮
♪ 浮泥层表面冲刷； ♪ 波纹失稳悬扬。
塑性泥冲刷
固结粘性土冲刷
♪ 部分固结床面冲刷； ♪ 完全固结沉积物；
♪ 无整体冲刷； ♪ 大底部流速； ♪ 泥层成块揭起。
♪ 交界面出现小波纹； ♪ 片状冲刷。
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷 1、粘性泥沙起动
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
三、粘性细颗粒泥沙的絮凝
絮凝（ flocculation ） • 定义：悬浮于水中的细颗粒泥沙因分子力作用凝聚成絮团状集 合体的现象 • 影响因素：泥沙矿物组成、水质、泥沙粒径
粒径愈细，颗粒表面物理化学作用愈强，絮凝愈明显
絮凝发生后细颗粒泥沙的存在形式： • 单颗粒，均匀悬浮，每颗表面吸附一层束缚水； • 絮团，絮团中禁闭自由水，有效直径增大； • 絮凝集合体，网架结构，空隙充满自由水； • 网架结构紧密，重离子有谁减少，最后可能转化成禁闭自由水。
群体沉降段
密实段
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 a)含盐度影响
含盐度对絮凝沉降的影响
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 b)沉降距离和含沙量的影响
• 絮凝沉速随沉距的彼岸花冠徐遵循指数变化：
不同含沙量下絮凝沉速随沉距的变化（连云港泥沙，s=30%,T=21.8°C）
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
第七届 淤泥质海岸的岸滩演变
一、淤泥质海岸岸滩剖面的变化
第七届 淤泥质海岸的岸滩演变
二、海岸工程建筑物引起的岸滩演变
Thank you…
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
四、粘性细颗粒泥沙的基本运动形式 水动力强：表面形成随水流自由运动的悬浮物，含沙量分布均匀； 水动力弱或水域流速小：形成底部高浓度的浮泥层；
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 ♣粘性泥沙在盐水中静水沉降的主要影响因素：含沙量 沉降形式： 絮凝沉降 制约沉降段 含 沙 量 递 减
临界粒径：0.01~0.03mm F与泥沙基本颗粒中值粒径D50关系 絮凝因子随基本颗粒大小的变化
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 d)静水絮凝沉速关系式
计算与实测絮凝沉速对比图
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 群体沉降（群体沉降速度即均匀沉降段的沉速）
均匀沙群体沉降公式—理查德逊
浮泥的起动
新淤粘性土的起动
——杨美卿，1996
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷
淤泥质运动摩阻流速与密实程度的关系
——密尼尔
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷
淤泥质起动摩阻流速与宾汉极限切应力的关系
τB<1.5N/m2 τB>1.5N/m2 临界冲刷切应力和含沙量关系： 新淤淤泥 早期淤泥
•
非均匀泥沙淤积率：
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
三、粘性泥沙的输送 1、悬沙输送
三维
二维
海床变形计算 2、浮泥流
浮泥在自重作用下的流动 水流作用下的浮泥动
第五节 波浪与淤泥质底床的相互作用
一、波浪衰减
• 淤泥床密度较小（有浮泥层），底部泥床波动，造成波浪衰减和淤泥的 质量输移； • 底床泥密度较大，波浪传播底摩擦很小，单位距离内波浪衰减很小，波 浪主要起掀沙作用； • 大波浪形成浮泥层。
浮泥或低密度淤泥床的存在，波高衰减相当大
第五节 波浪与淤泥质底床的相互作用
二、淤泥的质量输移
淤泥质量输移：波浪作用下，泥床内的淤泥可能沿波浪传播方向做整体输移
第五节 波浪与淤泥质底床的相互作用
三、波浪作用下的淤泥悬扬
淤泥悬扬 • • 只有在很强的波浪作用下，浮泥才会产生悬扬； 淤泥主要以悬扬形式运动
四、波浪作用下泥床的流动化
淤泥的流动化：波浪作用下，原来不具有流动性的底床沉积淤泥变为可 以随波浪和水流运动的浮泥。 机理解释：波浪作用引起泥床内部孔隙水压增大，或内部应力较大破坏 淤泥内部网状结构，有效应力降低，流动性增强
第六节 港池和航道的回淤计算
一、淤泥质海岸平均含沙量的估算
1、淤泥质浅滩水域的主要动力
淤泥的流变特性：粘性泥沙火或淤泥在不同悬浮火沉积状态时， 受到外部动力作用时现出较为复杂的变形和流动行为。 主要研究方法：流变方程
A B
• 流体型淤泥 • 伪塑性体 • τy流动 • 宾汉、流体型淤泥的流变特性 流体型淤泥（ρ<1.03g/cm3）流变方程（同清水）
目录
一、粘性细颗粒泥沙的基本特性 二、粘性泥沙的沉降与固结 三、淤泥的流变特性 四、水流作用下的粘性泥沙的运动规律 五、波浪与淤泥质地床的相互作用 六、港池和航道的回淤计算 七、淤泥质海岸的岸滩演变
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
一 、粘性细颗粒泥沙的矿物种类及性质
（了解）淤泥质海岸特点： • 岸线平直； • 岸滩坡度极为平缓（1/500~1/2000）粘土颗粒化学成分： • 高潮位于低潮位之间的潮间带滩地宽广； • 主要颗粒成分是粘性泥沙（粘土矿物、粉砂），粒径小； • 泥沙运动与污染物运移密切相关；
一、沉降 絮凝沉降 c)水温影响 d)粒径对沉速影响
絮凝因子（反映絮凝强弱）
絮凝因子与基本颗粒粒径关系
临界粒径：0.01~0.03mm F与泥沙基本颗粒中值粒径D50关系
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 c)水温影响 d)粒径对沉速影响
絮凝因子（反映絮凝强弱）
絮凝因子与基本颗粒粒径关系
主要成分：高岭石、蒙脱石、伊利石
粘土颗粒性质
晶体结构：四面体和八面体单元
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
一 、粘性细颗粒泥沙的矿物种类及性质
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
二、双电层和吸附水膜 电解质中一些离子吸附在泥沙颗粒表面 表面分子离解，某离子释放，而异号离子留存于表面
定义：粘结水和粘滞水灾颗粒周围形成的一个水膜 决定厚度：颗粒矿物成分、水化学性质
典型浑水液面沉降曲线
群体沉速与体积含沙量的关系
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
二、固结 理想化固结过程（Partheniades，1965）
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
二、固结 固结过程是一个排水过程 • • 固结方程 S=αlgt+β 淤泥密度与含沙量关系
• 深度z处含沙量与上表层含沙 量关系
第三节 淤泥的流变特性
符合牛顿定律
二、浮泥的流变特性 宾汉塑性流体（ρ=1.03~1.25g/cm3）流变方程
含沙量大小决定 （钱宁）
三、新淤粘性土的流性特性 新淤粘性土（ρ=1.25~1.60g/cm3）在水流作用下一般不会产 生变形，冲刷悬扬为主，波浪作用下仍有运动和变形。 流变关系：τ=Gγ+μγ
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
• • • 风吹流 波动水流 潮流
2、风、浪和潮流作用下的平均含沙量
第六节 港池和航道的回淤计算
二、淤泥质浅滩上航道淤积计算
淤泥质浅滩海域在风浪和潮流综合作用下的泥沙云亦形态主要 是悬移质
1、浑水横越航道引起的淤积 2、浑水顺沿航道引起的淤积
第六节 港池和航道的回淤计算
三、港池淤积计算
影响港口回淤因素： • • • • • 进港水体含沙量； 港池开挖水深； 港口布置形式； 港内浅滩水域面积； 泥沙特性。
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷 2、粘性泥沙冲刷率
容重垂直均匀分布底床冲刷率E：
垂向含沙量不均匀底床冲刷率E
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
二、粘性泥沙的淤积 2、粘性泥沙冲刷率
泥沙沉积概率分布
•
均匀泥沙淤积率：
τb ≥ τcd，你是不发生淤积；τb<τcd时，所有泥沙最终沉积
淤泥床面冲刷类型
再悬浮
♪ 浮泥层表面冲刷； ♪ 波纹失稳悬扬。
塑性泥冲刷
固结粘性土冲刷
♪ 部分固结床面冲刷； ♪ 完全固结沉积物；
♪ 无整体冲刷； ♪ 大底部流速； ♪ 泥层成块揭起。
♪ 交界面出现小波纹； ♪ 片状冲刷。
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷 1、粘性泥沙起动
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
三、粘性细颗粒泥沙的絮凝
絮凝（ flocculation ） • 定义：悬浮于水中的细颗粒泥沙因分子力作用凝聚成絮团状集 合体的现象 • 影响因素：泥沙矿物组成、水质、泥沙粒径
粒径愈细，颗粒表面物理化学作用愈强，絮凝愈明显
絮凝发生后细颗粒泥沙的存在形式： • 单颗粒，均匀悬浮，每颗表面吸附一层束缚水； • 絮团，絮团中禁闭自由水，有效直径增大； • 絮凝集合体，网架结构，空隙充满自由水； • 网架结构紧密，重离子有谁减少，最后可能转化成禁闭自由水。
群体沉降段
密实段
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 a)含盐度影响
含盐度对絮凝沉降的影响
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 b)沉降距离和含沙量的影响
• 絮凝沉速随沉距的彼岸花冠徐遵循指数变化：
不同含沙量下絮凝沉速随沉距的变化（连云港泥沙，s=30%,T=21.8°C）
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
第七届 淤泥质海岸的岸滩演变
一、淤泥质海岸岸滩剖面的变化
第七届 淤泥质海岸的岸滩演变
二、海岸工程建筑物引起的岸滩演变
Thank you…
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
四、粘性细颗粒泥沙的基本运动形式 水动力强：表面形成随水流自由运动的悬浮物，含沙量分布均匀； 水动力弱或水域流速小：形成底部高浓度的浮泥层；
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 ♣粘性泥沙在盐水中静水沉降的主要影响因素：含沙量 沉降形式： 絮凝沉降 制约沉降段 含 沙 量 递 减
临界粒径：0.01~0.03mm F与泥沙基本颗粒中值粒径D50关系 絮凝因子随基本颗粒大小的变化
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 d)静水絮凝沉速关系式
计算与实测絮凝沉速对比图
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 群体沉降（群体沉降速度即均匀沉降段的沉速）
均匀沙群体沉降公式—理查德逊
浮泥的起动
新淤粘性土的起动
——杨美卿，1996
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷
淤泥质运动摩阻流速与密实程度的关系
——密尼尔
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷
淤泥质起动摩阻流速与宾汉极限切应力的关系
τB<1.5N/m2 τB>1.5N/m2 临界冲刷切应力和含沙量关系： 新淤淤泥 早期淤泥
•
非均匀泥沙淤积率：
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
三、粘性泥沙的输送 1、悬沙输送
三维
二维
海床变形计算 2、浮泥流
浮泥在自重作用下的流动 水流作用下的浮泥动
第五节 波浪与淤泥质底床的相互作用
一、波浪衰减
• 淤泥床密度较小（有浮泥层），底部泥床波动，造成波浪衰减和淤泥的 质量输移； • 底床泥密度较大，波浪传播底摩擦很小，单位距离内波浪衰减很小，波 浪主要起掀沙作用； • 大波浪形成浮泥层。
浮泥或低密度淤泥床的存在，波高衰减相当大
第五节 波浪与淤泥质底床的相互作用
二、淤泥的质量输移
淤泥质量输移：波浪作用下，泥床内的淤泥可能沿波浪传播方向做整体输移
第五节 波浪与淤泥质底床的相互作用
三、波浪作用下的淤泥悬扬
淤泥悬扬 • • 只有在很强的波浪作用下，浮泥才会产生悬扬； 淤泥主要以悬扬形式运动
四、波浪作用下泥床的流动化
淤泥的流动化：波浪作用下，原来不具有流动性的底床沉积淤泥变为可 以随波浪和水流运动的浮泥。 机理解释：波浪作用引起泥床内部孔隙水压增大，或内部应力较大破坏 淤泥内部网状结构，有效应力降低，流动性增强
第六节 港池和航道的回淤计算
一、淤泥质海岸平均含沙量的估算
1、淤泥质浅滩水域的主要动力
淤泥的流变特性：粘性泥沙火或淤泥在不同悬浮火沉积状态时， 受到外部动力作用时现出较为复杂的变形和流动行为。 主要研究方法：流变方程
A B
• 流体型淤泥 • 伪塑性体 • τy流动 • 宾汉、流体型淤泥的流变特性 流体型淤泥（ρ<1.03g/cm3）流变方程（同清水）
目录
一、粘性细颗粒泥沙的基本特性 二、粘性泥沙的沉降与固结 三、淤泥的流变特性 四、水流作用下的粘性泥沙的运动规律 五、波浪与淤泥质地床的相互作用 六、港池和航道的回淤计算 七、淤泥质海岸的岸滩演变
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
一 、粘性细颗粒泥沙的矿物种类及性质
（了解）淤泥质海岸特点： • 岸线平直； • 岸滩坡度极为平缓（1/500~1/2000）粘土颗粒化学成分： • 高潮位于低潮位之间的潮间带滩地宽广； • 主要颗粒成分是粘性泥沙（粘土矿物、粉砂），粒径小； • 泥沙运动与污染物运移密切相关；
一、沉降 絮凝沉降 c)水温影响 d)粒径对沉速影响
絮凝因子（反映絮凝强弱）
絮凝因子与基本颗粒粒径关系
临界粒径：0.01~0.03mm F与泥沙基本颗粒中值粒径D50关系
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
一、沉降 絮凝沉降 c)水温影响 d)粒径对沉速影响
絮凝因子（反映絮凝强弱）
絮凝因子与基本颗粒粒径关系
主要成分：高岭石、蒙脱石、伊利石
粘土颗粒性质
晶体结构：四面体和八面体单元
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
一 、粘性细颗粒泥沙的矿物种类及性质
第一节 粘性细颗粒泥沙的基本特性
二、双电层和吸附水膜 电解质中一些离子吸附在泥沙颗粒表面 表面分子离解，某离子释放，而异号离子留存于表面
定义：粘结水和粘滞水灾颗粒周围形成的一个水膜 决定厚度：颗粒矿物成分、水化学性质
典型浑水液面沉降曲线
群体沉速与体积含沙量的关系
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
二、固结 理想化固结过程（Partheniades，1965）
第二节 粘性泥沙的沉降与固结
二、固结 固结过程是一个排水过程 • • 固结方程 S=αlgt+β 淤泥密度与含沙量关系
• 深度z处含沙量与上表层含沙 量关系
第三节 淤泥的流变特性
符合牛顿定律
二、浮泥的流变特性 宾汉塑性流体（ρ=1.03~1.25g/cm3）流变方程
含沙量大小决定 （钱宁）
三、新淤粘性土的流性特性 新淤粘性土（ρ=1.25~1.60g/cm3）在水流作用下一般不会产 生变形，冲刷悬扬为主，波浪作用下仍有运动和变形。 流变关系：τ=Gγ+μγ
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
• • • 风吹流 波动水流 潮流
2、风、浪和潮流作用下的平均含沙量
第六节 港池和航道的回淤计算
二、淤泥质浅滩上航道淤积计算
淤泥质浅滩海域在风浪和潮流综合作用下的泥沙云亦形态主要 是悬移质
1、浑水横越航道引起的淤积 2、浑水顺沿航道引起的淤积
第六节 港池和航道的回淤计算
三、港池淤积计算
影响港口回淤因素： • • • • • 进港水体含沙量； 港池开挖水深； 港口布置形式； 港内浅滩水域面积； 泥沙特性。
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
一、粘性泥沙的起动和冲刷 2、粘性泥沙冲刷率
容重垂直均匀分布底床冲刷率E：
垂向含沙量不均匀底床冲刷率E
第四节 水流作用下的粘性泥沙的运动规律
二、粘性泥沙的淤积 2、粘性泥沙冲刷率
泥沙沉积概率分布
•
均匀泥沙淤积率：
τb ≥ τcd，你是不发生淤积；τb<τcd时，所有泥沙最终沉积