泥沙絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究綜述.pdf

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1、泥沙研究2016年2月JournalofSedimentResearch第1期文章編號(hào)：0468—155X(2016)01·0076-05泥沙絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究綜述張乃予，周晶晶，王捷(河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇南京210098)摘要：承接《泥沙研究》2015(5)黏性泥沙絮團(tuán)強(qiáng)度的試驗(yàn)綜述，絮團(tuán)結(jié)構(gòu)與絮團(tuán)強(qiáng)度密切相關(guān)，是動(dòng)水條件下表現(xiàn)出的絮團(tuán)強(qiáng)度的微觀解釋。絮團(tuán)結(jié)構(gòu)，即絮團(tuán)內(nèi)部鏈接鍵的數(shù)量、強(qiáng)度和鏈接方式?？偨Y(jié)了以往絮凝試驗(yàn)研究中對(duì)于絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的量化描述以及相應(yīng)研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：絮凝；絮團(tuán)強(qiáng)度；試驗(yàn)研究中圖分類號(hào)：TV141．2文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．16239／j．cnki．0468—155x．2016．01．014在河口海岸地區(qū)，由于徑流、潮流以及鹽水入侵的影響，黏性泥沙顆粒同向絮凝強(qiáng)烈，黏性細(xì)顆粒泥沙的同向絮凝沉降特性與攔門沙形成于發(fā)育機(jī)理密切相關(guān)。泥沙絮團(tuán)的沉降與絮團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系已引起學(xué)者的廣泛關(guān)注，大量研究建立了絮團(tuán)沉降速度與絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的關(guān)系’。承接前文黏性泥沙絮團(tuán)強(qiáng)度的試驗(yàn)綜述]，絮團(tuán)結(jié)構(gòu)與絮團(tuán)強(qiáng)度關(guān)系密切，是絮團(tuán)內(nèi)部鏈接鍵的數(shù)量、強(qiáng)度和搭接方式的體現(xiàn)，是動(dòng)水條件下表現(xiàn)出的絮團(tuán)強(qiáng)度的微觀解釋。本文將從絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)目前動(dòng)水絮凝試驗(yàn)觀測(cè)分析的研究成果

3、進(jìn)行回顧，包括試驗(yàn)中的裝置、設(shè)備和技術(shù)的總結(jié)和對(duì)比。1絮團(tuán)結(jié)構(gòu)絮團(tuán)尺寸是絮團(tuán)強(qiáng)度在恒定剪切率下的宏觀體現(xiàn)，從微觀角度解釋，絮團(tuán)結(jié)構(gòu)，即絮團(tuán)內(nèi)部鏈接鍵搭數(shù)量、強(qiáng)度和鏈接方式，直接關(guān)系著絮團(tuán)強(qiáng)度’。絮團(tuán)結(jié)構(gòu)是由發(fā)生絮凝的初始顆粒的組成(礦物成分、有機(jī)物種類及含量)、顆粒表面電化學(xué)效應(yīng)所決定，絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化是不同時(shí)刻，絮團(tuán)本身性質(zhì)與周圍水動(dòng)力以及水化學(xué)條件相互作用的結(jié)果。同時(shí)絮團(tuán)結(jié)構(gòu)與絮團(tuán)沉速和有效密度密切相關(guān)。PetraBubakova等人通過(guò)測(cè)量絮團(tuán)尺寸、絮團(tuán)數(shù)量和絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化來(lái)分析判斷絮團(tuán)在形成過(guò)程中所處的階段以及絮團(tuán)的破裂模式。M．Soo

4、s也指出將絮團(tuán)強(qiáng)度和絮團(tuán)結(jié)構(gòu)在不同水流條件下隨時(shí)間變化的量化表示對(duì)認(rèn)識(shí)絮凝形成、破碎以及再形成的機(jī)理十分重要。但是目前從絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的角度解釋絮團(tuán)強(qiáng)度的研究較多的是僅僅基于絮團(tuán)的分形結(jié)構(gòu)，并不十分全面，因此很有必要開展進(jìn)一步研究。1．1絮團(tuán)尺寸絮團(tuán)形狀和絮團(tuán)尺寸的不同是絮團(tuán)結(jié)構(gòu)差異最直觀的表現(xiàn)。Selomulya等人發(fā)現(xiàn)絮團(tuán)尺寸的變化伴隨著絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化，絮團(tuán)尺寸的減小對(duì)應(yīng)絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的密實(shí)。自然界中的絮團(tuán)形狀是不規(guī)則的，看似無(wú)規(guī)律可循，但實(shí)際上不同的絮團(tuán)形狀與絮團(tuán)形成過(guò)程中所收稿日期：2015—05—15基金項(xiàng)目：基礎(chǔ)研究計(jì)劃一青年基金項(xiàng)目(BK2

5、0150818)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51179067)；教育部博士點(diǎn)新教師基金項(xiàng)目(20110094120020)作者簡(jiǎn)介：張乃予(1990一)，女，吉林省吉林市人，碩士研究生，主要從事河口海岸泥沙方面研究。E-mail：zhangnaiyu

6、e@163．corn通訊作者：周晶晶。E—mail：zjj@hhu．edu．cn76受到的水動(dòng)力條件的關(guān)系極為密切。Wells＆Goldberg發(fā)現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的、鏈狀的大絮團(tuán)多是在低剪切環(huán)境下產(chǎn)生的，在深海水域中較為常見；Lick等人¨町在試驗(yàn)中拍攝的2D圖像中發(fā)現(xiàn)新月形(erescent。shape

7、d)絮團(tuán)是在差速沉降的環(huán)境下產(chǎn)生的；VanLeussen¨¨在河口地區(qū)高剪切率的環(huán)境下出現(xiàn)的多是球狀的小絮團(tuán)。Maggi¨探討引起該差異的原因，發(fā)現(xiàn)相較于流過(guò)絮團(tuán)內(nèi)部的流體，絮團(tuán)周圍的流體環(huán)境通過(guò)改變絮團(tuán)表面糙度以增加拖曳力來(lái)影響絮凝，是主要影響因素。絮團(tuán)尺寸是重要的絮團(tuán)特征參數(shù)，但在定義絮團(tuán)尺寸的方法上仍存在一些爭(zhēng)議，比如是用直線長(zhǎng)度、直徑還是長(zhǎng)度尺度來(lái)定義絮團(tuán)尺寸，對(duì)此目前并無(wú)明確規(guī)范。由于這些定義絮團(tuán)尺寸的參數(shù)是通過(guò)將形狀不規(guī)則的絮團(tuán)理想化為圓形或球形后換算獲得，Maggi發(fā)現(xiàn)用這樣獲得的這些絮團(tuán)尺寸參數(shù)并不能計(jì)算得出有效的分形維數(shù)，無(wú)

8、法反映絮團(tuán)準(zhǔn)確的分形特征，因此需要參數(shù)對(duì)直接獲得的絮團(tuán)尺寸參數(shù)修正在應(yīng)用到分形維數(shù)的計(jì)算中。1．2絮團(tuán)分形結(jié)構(gòu)絮團(tuán)尺寸雖然直觀，但并不能確切表示絮團(tuán)結(jié)構(gòu)。由于絮團(tuán)內(nèi)部密實(shí)度的差異，很有可能具有相同尺寸的絮團(tuán)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同，因此尋求其他參數(shù)來(lái)表示絮團(tuán)結(jié)構(gòu)是十分必要的，目前廣泛認(rèn)為絮團(tuán)具有分形結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)榉中卫碚摰囊胧沟眯鯃F(tuán)的有效密度，孑L隙率和沉降速度都得以計(jì)算。分形維數(shù)是衡量分型特征的最重要參數(shù)。質(zhì)量與絮團(tuán)特征尺寸f‘之間的關(guān)系可以表示為：M，OCZ，d是容量維數(shù)，也稱Hausdrof—Besicovitch維數(shù)，表示組成絮團(tuán)的顆粒是

9、如何填充這個(gè)絮團(tuán)所占據(jù)的歐幾里得空間，由于絮團(tuán)的疏松多孔的結(jié)構(gòu)特性，容量維數(shù)d的值受絮團(tuán)孔隙率的影響。Winterwerp14]通過(guò)絮團(tuán)在水體中的沉降速度估算容量維