第二章 泥沙颗粒基本特性

5 什么是级配曲线?给出中值粒径、算术平均粒径、几 何平均粒径的定义或定义式。
答：以粒径为横坐标，以小于粒径D的百分比为纵坐标分析 数据所得的曲线成为级配曲线。中值粒径即累计频率曲线上 纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。算术平均粒径是各粒 径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。几何平均粒径的 定义式为：
答：泥沙以群体形式运动时，以滚动（包括层移）、跃 移形式运动的颗粒统称为推移质，以悬浮形式运动的则统 称为悬移质。
区别：运动规律的不同；能量来源的不同；对河床作 用的不同。
弯道的泥沙运动与螺旋流密切相关。表层含沙量较少的 水流流向凹岸，并冲刷河岸，然后携带泥沙潜入河底，而 底部推移质泥沙则在螺旋流的作用下由凹岸运动到凸岸， 并产生沉积。凸岸边滩的形成是推移质在环流推动下形成。 悬移质则大部分下泄。对于典型的库尾三角洲淤积型号， 可将其从上而下分为：尾水段、顶坡段、前坡段、坝前淤 积段四个部分。尾水段以推移质的淤积为主，包括悬移质 中的粗颗粒；顶坡段、前坡段以悬移质淤积为主；坝前淤 积段以悬移质中的细颗粒和异重流淤积为主。
答：泥沙沉降规律与流体的流变特性有密切关系，粗颗粒 在浆体中的沉降过程，主要是由于浆体的流变性质所决定 的。在体积含沙量不变的情况下，颗粒粒径越大，颗粒个 数就越少，距离就越大，互相的影响也越小。细颗粒引起 流体粘性的增大，可能是得到较大的经验指数值的原因之 一。
9 试分别给出：圆球的重力与阻力的平衡表达式(极 限沉速状态下)；层流绕流和紊流绕流两种状态下的 圆球沉速表达式；绕流流态从层流向紊流过渡状态 下约圆球沉速表达式。
1 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么? 为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容 粒径?
答：等容粒径是与泥沙颗粒体积相同的球体直径。筛分粒径 是颗粒最后停留在孔径为D1筛网上，此前通过了粒径为D2 的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D1<D<D2。对于粒 径小于0.1毫米的细沙，必须用水析法测量粒径在净水中的
因此，筛析法所得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径。
2 100号筛的孔径是多少毫米?当泥沙粒径小于多 少毫米时就必须用水析法做粒径分析?
答：0.149毫米。小于0.1毫米。
3 什么是颗粒的形状系数?
答：圆度、球度、整体形状、表面结构等。
4 密度、容重、干容重在概念上有什么区别?
答：颗粒密度及颗粒单位体积内所含的质量，容重是泥沙颗 粒的实有重量与实有体积的比值（排除空隙率在外），干容 重是单位体积内颗粒的重量。
13 泥沙颗粒的存在为什么能影响浑水的粘性系数和 流变特性?
答：由于泥沙颗粒表面是带有电荷的，它的存在使浑水粘性 系数增大，加之其运动时就可以影响不同流层间的剪切应 力，其切变率与剪切应力都改变了，因此流变特性也就受 到了影响。
14 什么是推移质?什么是悬移质?它们在物理本质上 有什么不同?对实际的河床演变过程有什么不同的影 响?
沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒
密度相同、沉速相等的球体直径，即为沉降粒径。
对形状不规则的泥沙颗粒，可以测量出其相互垂直的长中短
三轴，以a
b
c表示。筛析法所得的是颗粒的中轴长度b=
1
(abc)3
如果把可以视为椭球形，其体积为
V
6
源自文库
abc,等容粒径为Dn
( 6V
1
)3
1
(abc)3
答：颗粒泥沙又称为粘性泥沙。细颗粒泥沙的粒径多属于 粘土（<2微米=0.002毫米）和胶粒范畴，由于比表面积很大， 其界面化学效应极为突出。水体化学条件的变化可导致细颗 粒泥沙的絮凝或分散。细泥沙在运输、沉降和再悬浮过程中 都会发生电化学变化，其起因主要是组成细颗粒泥沙的粘土 矿物表面带有电荷。
8 从流体力学的观点来看，粗颗粒与细颗粒在 沉降时有什么不同?
答：
( s
) D3 6
CD
D2 4
2 2
3 D
CD
D2 4
2 2
CD
24 (1 3 Re) Re 16
( s
) D3 6
D2 k1 4
2 2
k2 D
10 由关于泥沙沉速的一元二次方程式(2—25)，推 求沉速 的表达式。
答： 4 k2 (4 k2 )2 4 s gD
k1 D
k1 D 3k1
11 形状和温度对沉速各有什么影响?含沙浓度对沉 速有什么影响?
答：形状规则的泥沙颗粒沉速较快，温度对沉速的影响却十 分复杂。含沙浓度越高沉速越慢。
12 定性分析粘性颗粒泥沙的沉速。
答：粘性颗粒泥沙的沉速与水流流动有关，一般来说， 从层流到稳流，颗粒绕流的阻力系数逐渐增大，因此细泥沙 颗粒沉速随着减小。
1 n
ln Dmg
100
ln Di
i 1
• pi
6 某海滩的沙粒粒度范围是＝1.4～3.6，试给出以毫 米为单位的颗粒粒径范围。
答：-1.4=log2x1 ;-3.6=log2x2 x1=0.379; x2=0.082
粒径范围是：(0.082~0.379)
7 细颗粒泥沙有什么特殊性质?试说明该种性质在实 际工程中的重要意义。
6
6
W sV 2.65 9.8 4.19109 108.8106 N 11.1106 kg 11.1mg
18 从表2—4的级配数据，求：(1)自选作图软件，点绘颗粒 分布频率累积曲线图；(2)由图上量出D84.1、和D15.9的值， 计算均方差和中值粒径；(3)由图上量出D50，与表2—4中计
16 比重为2.65的石块质量为5kg，求其等容粒径。
答： Dn
( 6W
s
1
)3
1.5333
17 一粒天然泥沙颗粒的主要成分为斜长石(比重为 2.65)，恰好能通过10号筛，求此颗粒的大致重量。 (提示：颗粒的形状可近似认为是椭球体。）
答：能通过10号筛，则粒径为a=2mm；
V a3 2 103 3 4.19 109
15 如何划分床沙质与冲泻质?它们在基本性质上有 什么不同?
答：某个特定河段内、特定的水流条件下，悬移质中粒径 较粗的泥沙是在河床中大量存在的，而粒径较细的一部分 泥沙是沙床中少有或没有的，前者称床沙质，后者称冲泻 质。
床沙质是不断与河床上的泥沙进行交换的泥沙群体，从 单个颗粒的角度来看，床沙质也就是在静止、推移、悬浮 三种运动状态中不断转移的泥沙颗粒。而冲泻质则在该河 段特定的水流条件下，基本上保持悬疑状态不变，不与河 床上的泥沙进行交换。