黏性泥沙絮團(tuán)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究綜述.pdf

《黏性泥沙絮團(tuán)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究綜述.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、泥沙研究2015年10月JournalofSedimentResearch第5期文章編號(hào)：0468-155X(2015)05-0075-06黏性泥沙絮團(tuán)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究綜述張乃予，周晶晶，王捷(河海大學(xué)港I：1海岸與近海工程學(xué)院，江蘇南京210098)摘要：絮凝是河口地區(qū)水沙交換過(guò)程中極為重要的一環(huán)，動(dòng)水絮凝過(guò)程可概括為：顆粒碰撞一有效碰撞黏結(jié)一絮團(tuán)重構(gòu)一絮團(tuán)破裂一絮團(tuán)再形成，最終絮團(tuán)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，這是絮團(tuán)強(qiáng)度在紊動(dòng)剪切作用下的結(jié)果。從絮團(tuán)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究角度回顧了國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，此方面研究多圍

2、繞絮凝的影響因素與絮團(tuán)強(qiáng)度的特征參數(shù)之間的定性規(guī)律、經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)定量關(guān)系的角度展開(kāi)，采用不同的觀測(cè)裝置、設(shè)備和技術(shù)，以期對(duì)絮凝動(dòng)力學(xué)得到更為深入的認(rèn)識(shí)。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)標(biāo)識(shí)碼：BDOI：10．16239／i．cnki．0468—155x．2015．05．013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?，大量現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)證實(shí)河口地區(qū)絮團(tuán)的尺寸分布與沉降特性對(duì)不同的紊動(dòng)剪切強(qiáng)度十分敏感I4，絮團(tuán)的形成、重構(gòu)、破裂與再形成是絮

3、團(tuán)強(qiáng)度與水流紊動(dòng)剪切強(qiáng)度相互制衡的結(jié)果，同時(shí)紊動(dòng)剪切作用貫穿于絮團(tuán)形成與破裂的所有過(guò)程。目前，相關(guān)研究大多集中于污水處理和膠體化學(xué)領(lǐng)域，不同于泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)，污水處理領(lǐng)域關(guān)注不同類型絮凝劑以及高分子聚合物對(duì)絮凝的影響，其目的在于污水處理沉降池處理步驟中如何快速有效地分離懸浮顆?！?，而河口海岸泥沙絮凝領(lǐng)域中對(duì)泥沙絮團(tuán)強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)仍存在許多不足，本文將從絮團(tuán)強(qiáng)度的角度對(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)發(fā)育絮團(tuán)的發(fā)育是一個(gè)十分復(fù)雜的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，可

4、以概括為以下五個(gè)基本過(guò)程：顆粒碰撞一有效碰撞黏結(jié)一絮團(tuán)重構(gòu)一絮團(tuán)破裂一絮團(tuán)再形成；其間的影響因素通常包含三類：物質(zhì)成分(礦物成分、粒徑、含沙濃度、顆粒表面電荷)、介質(zhì)條件(電解質(zhì)陽(yáng)離子濃度及離子種類、溫度、黏度、pH值)和水動(dòng)力條件(流態(tài)、流速、持續(xù)時(shí)間、施加作用力形式等)。1．1顆粒碰撞水動(dòng)力條件是影響顆粒碰撞的主要因素，不同的水動(dòng)力條件引起的顆粒碰撞機(jī)制不同，分為布朗運(yùn)動(dòng)、不等速沉降以及紊動(dòng)剪切作用等3種，布朗運(yùn)動(dòng)引起異向絮凝，水流剪切作用引起同向絮凝。。。顆粒碰撞率Ⅳf(粒徑級(jí)為i和粒徑級(jí)

5、為的顆粒在單位體積單位時(shí)間內(nèi)的碰撞次數(shù))可以寫成Ⅳ=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(BK20150818)；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：zhangnaiyule@163．com通訊作者：周晶晶。E—mail：zjj@hhu．edu．cn75JBnnf，盧f表示碰撞頻率方程(col

6、lision~equencyfunction)，這3種機(jī)制作用下盧的計(jì)算方法最先根據(jù)Smoluchowski方程提出，后由Ives?修正。對(duì)于河口海岸地區(qū)的泥沙絮凝現(xiàn)象，許多學(xué)者¨認(rèn)為布朗運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)是可以忽略的。tolzen—bach等人¨通過(guò)對(duì)前人數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)多個(gè)小而密實(shí)的絮團(tuán)碰撞黏結(jié)成較大的、結(jié)構(gòu)疏松的絮團(tuán)的概率很小，原因是小絮團(tuán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到較大的絮團(tuán)的時(shí)候，將偏離原有的運(yùn)動(dòng)軌跡從而避免發(fā)生碰撞黏結(jié)。因此作者認(rèn)為差速沉降對(duì)河口海岸泥沙絮凝的影響并沒(méi)有之前的研究中提到的那么明顯，

7、而且很多情況下這種機(jī)制并未產(chǎn)生實(shí)質(zhì)作用。綜上我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)河口海岸環(huán)境下的泥沙絮凝現(xiàn)象，布朗運(yùn)動(dòng)和差速沉降的作用并不十分顯著，紊動(dòng)剪切作用才是導(dǎo)致黏性細(xì)顆粒泥沙絮凝差異的關(guān)鍵和研究重點(diǎn)。研究表明，不斷增加的水流剪切率對(duì)絮團(tuán)的影響規(guī)律為：絮團(tuán)粒徑先迅速增大繼而開(kāi)始呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。Dyer163認(rèn)為這是因?yàn)檩^低剪切率作用時(shí)絮團(tuán)的形成是主體趨勢(shì)，而在較高的剪切率作用時(shí)，絮團(tuán)的破裂逐漸成為主導(dǎo)趨勢(shì)。一般地，凝聚作用使絮團(tuán)尺寸增大而密實(shí)度降低，形成疏松多孔的較大絮團(tuán)結(jié)構(gòu)，而破裂作用減小絮團(tuán)尺寸增大絮團(tuán)的密實(shí)

8、度。1．2顆粒有效碰撞黏結(jié)研究發(fā)現(xiàn)，泥沙顆粒發(fā)生碰撞后僅有部分黏結(jié)形成絮團(tuán)Ⅲ，0’Melia提出有效碰撞率在10到10之間。黏性細(xì)顆粒泥沙的黏結(jié)與顆粒的電化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，目前對(duì)懸浮顆粒的碰撞率已有較充分認(rèn)識(shí)。DLVO理論從能量的角度提出了勢(shì)壘的概念，對(duì)膠體顆粒碰撞后黏結(jié)成絮團(tuán)的現(xiàn)象進(jìn)行定性的解釋，但缺少相應(yīng)的定量探討，TenBrinke根據(jù)VanLeussen14]導(dǎo)出的考慮碰撞效率的絮團(tuán)發(fā)育公式，基于實(shí)測(cè)資料得出0．03～0．23。2絮團(tuán)強(qiáng)度在恒定剪切條件下，絮凝初期，絮團(tuán)迅速發(fā)育：不斷碰撞