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1、,LOGO,第十章 淤泥质海滩的泥沙运动,LOGO,形成：沿冲积平原或冲积海积平原外缘发育成的、由淤泥组成的水浅坡缓的海滩。,淤泥质海滩,特点：海滩坡度平缓；泥沙颗粒极细。淤泥质的性质随颗粒的组成、含沙量、密度的不同而不同。,LOGO,我国淤泥质潮滩分布略图,LOGO,珠海唐家,天津,LOGO,主要内容,1,2,3,细颗粒泥沙的沉积特性,淤泥的性质及其运动规律,淤泥质海滩的冲刷与淤积,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,一、絮凝现象,1、双电子层性质,颗粒周围双电子层及束缚水示意图,泥沙颗粒的结合与双电子层的厚度有关。细泥沙颗粒表面带有负电荷，吸引反离子，形成吸附层和扩散层。,絮凝：离子浓
2、度增加，双电层厚度减小，当减小到临界值以下时，颗粒就会相互结合。絮散：离子浓度减小，双电层厚度增加，扩散层中的离子有较大的活动性，颗粒就会相互分离。,LOGO,2.絮凝的影响因素泥沙的矿物、泥沙粒径、含沙浓度（1）泥沙粒径。泥沙粒径越细，颗粒表面的物理化学作用越强，絮凝现象越明显。研究表明把0.01mm作为粒径界限。（2）含沙浓度。,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,刚絮凝时,絮凝体均匀的悬浮在水中,浓度增大,絮凝体相互干扰，联结成网架结构,浓度再次增大,絮团相互靠近，网架结构密实,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,二、絮凝沉速,1.絮凝沉降的过程：絮凝沉降段、制约沉降段、群体沉降段、密实段
3、。2.沉速影响因素如下：,盐度较小时，沉速随盐度的增大而增大；超过某一临界值后，将不受影响,粒径,絮凝因子F,沉速随沉距的增大并不是等比例增加，沉距的加大，沉速增加缓慢。,水温影响水的粘性系数，沉速与粘性系数成反比。,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,絮凝因子F与基本颗粒大小的关系曲线,3.絮凝作用的强弱：,絮凝因子F,为絮凝极限沉速,为泥沙基本颗粒沉速,F与泥沙中值粒径的关系,极限沉速在0.15-0.6mm/s,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,4.絮凝沉速和群体沉速关系式。（1）絮凝沉降关系式,（2）群体沉降关系式,偏离直线，群体沉降阶段已经不存在，进入密实段。,1.15-1.
4、20t/m3,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,三、固结特性细颗粒泥沙除了絮凝沉降外，还会发生固结压密。,含水量高、密度低的蜂窝状结构的淤积物,在集合体之间较脆弱的联结处破裂，形成较密实的淤积物,絮团之间的联结破坏，许多絮团排列成层,淤积物成为颗粒密集排列的均匀结构,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,LOGO,第一节 细颗粒泥沙的沉积特性,固结压密是排水过程。,固结方程,淤积物密度和含沙量关系,深度z处的含沙量和表层含沙量的关系,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,淤泥的物理性质随着含沙量、含水量变化，分为流体、粘性体、粘性土三种类型。,一、流体型淤泥-浑水,1.特点：含水量
5、大，呈流体状，密度小于1.02-1.03t/m3,含沙量约为30-50g/m3，也称浑水。,流变特性服从牛顿定律,2.异重流的特质,两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,异重流的速度,其中,淤积,泥沙含量增加，K值减小,相对流速超过某一个临界值时,水体Re较小时，所挟带的泥沙将发生沉淀,异重流的消失或减弱,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,二、粘性体淤泥-浮泥,1.特点：较大的流动性，密度为1.03-1.20t/m3,称这种粘性体淤泥为“浮泥”。,2.浮泥的两个主要性质。,（1）浮泥是宾汉体，切应力与切变
6、速率之间不符合 牛顿定律，其流变方程,和,是浮泥力学性质的重要指标，与含沙量有关。,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,钱宁、马惠民试验研究,浮泥相对粘性系数、初始剪应力与含沙量的关系,密尼奥试验研究,极限切应力与含沙量的关系,Kn为系数，与泥沙颗粒性质、水质有关。颗粒越细，系数越大。,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,（2）触变,当浮泥含沙量在某一范围时，在机械作用下或波浪脉动压力作用下，浮泥会发生液化而变为溶胶或悬浮液，刚度和剪切力显著降低。这一触即发的现象，叫做触变。,触变性质与淤积物的颗粒大小、形状、矿物成分及所含的水质有一定的关系。,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动
7、规律,3.波浪作用下浮泥的运动特性,（1）底部浮泥流,波浪作用下，浮泥层中也产生相应的波动。,刘家驹的实验研究,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,莱米特的试验研究,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,表10-1 波浪作用下浮泥面坡降和浮泥流量,在有浮泥流存在的淤泥质海岸，波浪作用下平衡剖面的塑造伴随着浮泥面坡降的改变而改变,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,图10-9 清水及浮泥层中的质量输移速度分布,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,浮泥层中最大水平轨迹速度,天津大学把浮泥层假设为各向同性的均质宾汉体，其上部流体分成两部分：交界面上的粘性边界层和清水区为理想流体
8、，得出,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,浮泥面上的清水层在流动时，将影响交界面的稳定性。,陈全的实验研究,得出浮泥和清水交界面失去稳定性的水流的平均流速,随着浮泥密度的变化，V的变化范围在8.0-22.5cm/s之间。,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,（2）浮泥的悬扬,当波浪加大到一定程度并作用较长时间后，浮泥中的泥沙颗粒开始自浮泥层中悬起，进入清水区，交界面上以上的水层变浑，以悬移质的形式运动。,刘家驹根据相关实验研究，得出二维稳定条件下,浮泥含沙量的垂线分布关系式,f=0.000856,m=0.233,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,三、粘性土,1.特点：密度
9、大于1.20t/m3,颗粒间具有粘结力。粘性土又分为新淤粘性土和固结粘性土两种。新淤粘性土为新淤不久，尚未完全密实的淤泥，密度在1.20-1.60t/m3,固结粘性土密度大于1.60t/m3。,2.细颗粒泥沙的粘结力。新淤粘性土，泥沙颗粒间形成具有一定强度的网架结构，表现为细颗粒泥沙的粘结力。,稳定密度,是指搅拌均匀后的淤泥，在静水中沉积一段时间后，体积不再减小，密度也不再增大时的密度,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,例子：两块薄板间产生薄膜水附加压力,对于两块薄板，附加压力为N,细颗粒之间空隙较小，薄膜水充填空隙，会产生附加压力。,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,武汉水利
10、学院研究,窦国仁研究,唐存本研究,LOGO,第二节 淤泥的性质及其运动规律,新淤粘性土细颗粒泥沙运动的基本现象,晃动,褶皱,絮绒团,底部浑水层,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,一、淤泥质海滩上的主要动力因素,淤泥质海滩上影响泥沙运动的主要因素是风浪和潮流。风不仅可以产生风浪而引起水质点的波动水流，而且风对水面的剪切作用还可以引起风吹流。,1.风吹流,风吹流的垂线平均流速Vb,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,2.波动水流,从波浪的掀沙效应考虑，波动水流的特征流速可用水质点的水平振动速度在一个周期内沿水深的平均值来代表。,波动水流的特征流速Vm,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲
11、刷与淤积,3.潮流,相对于波浪而言，潮流的流速和流向变化时缓慢的。潮流可以根据全潮水文观测和潮流预报获得。,二、风、浪和潮流作用下的平均含沙量,考虑前面所讲的动力因素，水体的垂线平均含沙量应与这种流的流速、泥沙本身的特性、水深等因素有关。假设泥沙的沉速为常量，则垂线平均含沙量的函数形式,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,实际观测的水流流速应是风吹流，潮流的向量合成的结果，即,天津塘沽新港和连云港地区监测,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,三、新粘性土的冲刷与淤积,新淤不久，尚未完全密实的粘性细泥沙颗粒，起动,1.临界切应力与起动流速,单颗粒泥沙处理，要考虑颗粒间的粘结力,随着淤
12、积的细泥沙颗粒的不断密实，密实程度的不同，起动条件也不一样。,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,密尼奥对淤泥质起动摩阻流速和密实度关系的研究,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,密尼奥对起动摩阻流速和宾汉极限切应力关系研究,1.5N/m2时,1.5N/m2时,冲刷临界切应力和含沙量的关系,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,科尔基的室内研究,当150C450时，起动摩阻流速,各家试验研究结果表明，新淤淤泥的冲刷临界切应力的一般表达式：,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,波浪和水流对床面共同作用时的合成切应力,对于淤泥质河口浅
13、滩，必须考虑波浪对泥沙的作用。,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,2.冲刷率、淤积率与输沙率,淤泥的冲刷率和淤积率是指单位面积床面上单位时间内的冲刷量与淤积量。,帕森拿德斯对冲刷率和切应力的研究,河海大学研究、南京水科学院研究。,克罗内对淤积率和切应力的研究,（1）冲刷率和淤积率,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,（2）输沙率,淤泥质的输沙率不仅取决于水流的切应力，而且还取决于水流中的起始含沙量。,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,水槽试验,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,LOGO,第三节 淤泥质海滩的冲刷与淤积,在一定强度水流作用下，稳定状态下的水体含沙量与初始含沙量之比为一常数，该稳定含沙量即称之为平衡含沙量。,平衡含沙量,分为两种类型：沉降型平衡含沙量和起悬型平衡含沙量,LOGO,淤泥质海岸航道的淤积计算、防淤减淤措施等,淤泥质海岸滩涂资源的开发利用，如种植业、苇田、制盐业和水产养殖等,淤泥质海岸的岸滩演变,淤泥质海岸环境保护，如红树林，湿地等。,淤泥质海岸的其他研究内容,LOGO,Thank you,
