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1、第16章動床水力學基礎16.1知識要點16.1.1泥沙和渾水的主要特性1.重度泥沙顆粒實體單位體積的重量稱為泥沙的重度，以表示。一般取標準沙的重度=26500N/m3。淤積泥沙的干重度變化的幅度較大，可由3000N/m3至17000N/m3。泥沙在水中的相對重度為。和為水的重度和密度；為泥沙的密度。2.粒徑1）等容粒徑等容粒徑是指理論上定義為與具有同樣體積的球體直徑。其表達式為式中，為某一泥沙的體積；為等容粒徑。2）篩孔粒徑用篩子來測量粒徑時，以泥沙顆粒剛能通過的篩孔邊長作為粒徑，這種粒徑叫篩孔粒徑。一般用于大于0.05mm的泥沙。3）沉速粒徑小于0.
2、05mm的泥沙粒徑要用沉降速度的方法來確定。所謂沉降速度，指與泥沙比重相同，在相同液體中沉降時，具有相同沉速的圓球直徑，故稱沉降粒徑。3）中值粒徑在泥沙級配曲線上與縱坐標50%相應的粒徑，它表示大于和小于該粒徑的泥沙重量各占沙樣總重量的二分之一。4）平均粒徑（1）算術平均粒徑或（16.1）再用加權平均法求出整個沙樣的平均粒徑（16.2）式中，為分組數目；為第分組泥沙的重量占總沙樣重量的百分數；為第分組泥沙的平均粒徑。3.渾水的含沙量和粘滯性1）渾水的含沙量含沙量有三種表示方法，即體積比含沙量重量比含沙量15混合比含沙量三種不同表達式之間的關系為（16.
3、3）（16.4）渾水的重度與含沙量的關系為（16.5）2）渾水的粘滯性含沙量較小的渾水流變特性仍然符合牛頓內摩擦定律（16.6）式中，為切應力；分別為渾水的動力粘滯系數、密度和運動粘滯系數。高含沙渾水的流變特性可近似按賓漢流體描述，其流變方程為（16.7）式中，為極限切應力；為剛度系數，即高含沙渾水的粘滯系數。、可用下式計算（16.8）（16.9）（16.10）（16.11）式中，為清水的動力粘滯系數；、分別為體積比含沙量和極限含沙量；、分別為某一粒徑組的平均粒徑及相應的重量百分比；為系數；；，為牛頓體轉變?yōu)榉桥ｎD體的臨界含沙量，建議以時的含沙量作為，
4、即（16.12）4.沉降速度1）球體的沉降速度（1）層流沉降（16.13）（2）紊流沉降（16.14）（3）過渡區(qū)沉降沙玉清通過分析得出了過渡區(qū)的沉速判數和粒徑判數為沉速判數(16-15)粒徑判數（16.16）15在過渡區(qū)，沙玉清求得與之間的關系為（16.17）用上式，無論從求，即從粒徑d求沉速，或從求，即從求d都是很方便的。粒徑判數、沉速判數的計算結果見表16-1。表16-1各流區(qū)的粒徑判數、沉速判數和粒徑雷諾數判數層流區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)<0.1342<1.554<0.20850.1342~13.831.554~61.680.2085~853.0>13.
5、83>61.68>8532）泥沙的沉降張瑞瑾根據阻力疊加原理和大量的實測資料，得到天然泥沙顆粒在靜水中的沉速公式如下：層流區(qū)（，，常溫）（16.18）過渡區(qū)（16.19）紊流區(qū)（，，常溫）（16.20）值得指出，式（16.19）雖是過渡區(qū)的沉速公式，但經實測資料驗證，它可同時滿足層流區(qū)、紊流區(qū)以及過渡區(qū)的要求，也就是說，它是表示泥沙沉速的通用公式。工程上一般按含沙量作為高低含沙量的分界值，當，應考慮含沙量對沉速的影響。為了便于計算沉速，可以制成圖表備查，如圖16-1所示曲線，從粒徑和水溫就可以直接查出沉速。3）泥沙的形狀對沉速的影響對礫石、卵石和塊石來
6、說，由于其形狀較易測量，而且由于泥沙形狀對沉速影響較大，羅曼諾夫斯基（B?BPomaHoBcKИЙ）根據紊流區(qū)的實測資料，求得沉降速度為（16.21）式中，a、b、c為泥沙三個方向的邊長。16.1.2推移質運動1.泥沙起動的條件作用在泥沙顆粒上的力主要有水流的水平推力、垂直上舉力和泥沙在水中的有效重力、顆粒間的反力和摩擦力、顆粒間的粘結力等。對非粘性顆?；虼诸w粒主要受前三種力的影響。由顆粒平衡條件得出兩種類型的泥沙起動公式，即臨界推移力公式和起動流速公式。1）臨界推移力（1）希爾茲公式15圖16-1泥沙粒徑與沉降速度關系曲線（比重2.65）（16.22
7、）15以為縱坐標，為橫坐標，則得有名的希爾茲起動曲線如圖16-2所示。式中，為臨界推移力；為阻力流速雷諾數；為摩阻流速；為邊界上的切應力。希爾茲的起動曲線是當前最通用的起動關系，但必須進行逐步試算才能正確的求得值。圖16-215（2）意羅（ILO,C.G）公式意羅將希爾茲曲線分為四段用下列的關系式分段擬合，結果如下：當時（16.23a）當時（16.23b）當時（16.23c）15當時（16.23d）（3）巖垣公式巖垣從理論和實驗上驗證了希爾茲公式，并提出當比重，粘滯系數（20.3℃）時，臨界推移力可用五段擬合公式表示：時（16.24a）時（16.24b
8、）時（16.24c）時（16.24d）時（16.24e）巖垣的公式中，長度單位用cm，質量單位
