黏性泥沙絮网结构形成过程研究.pdf

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1、泥沙研究2014年2月Journa1ofSedimentResearch第1期黏性泥沙絮网结构形成过程研究王维，李绍武(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072)摘要：黏性泥沙的沉降和沉积过程是泥沙运动力学的一个重要研究内容。采用连云港徐圩港区航道淤积物，分别在30cm高量筒和200cm高自制沉降筒中进行了静水沉降试验，观测了清浑水交界面的形成和沉降过程，测量了沉降过程中清浑水交界面以下含沙量垂向分布。通过分析试验结果，提出了一种根据清浑水交界面沉降速度判定絮网结构形成的新方法，并据此初步解释了黏性泥沙沉降过程中制约沉降、絮网沉降和絮网密实三个不同沉降阶段絮团间作用的差异。关

2、键词：黏性泥沙；静水沉降；絮网结构；清浑水交界面中图分类号：TV143．4文献标识码：A文章编号：0468—155X(2014)01．0068—061前言黏性泥沙广泛分布于我国沿海淤泥质海岸，由于絮凝作用，其运动特性明显异于非黏性泥沙。黏性泥沙颗粒在水中往往结成大小不一的絮团，条件适宜时，大量絮团彼此搭接成絮网结构一起下沉。充满絮网结构的浑水既不同于普通含沙水体，也不同于固结中的淤泥。这种浑水虽然具有流动性，但其流变特性明显偏离牛顿流体。絮网结构形成后，其沉积速度十分缓慢，浮泥便是絮网结构典型的存在形式。由于这部分具有特殊流变特性的絮网结构是黏性泥沙从开始落淤到固结完成过程中必然经历的一个阶段

3、，因此其性质在整个沉积过程中的变化是淤泥质海岸泥沙运动研究的一个重要方面。目前对如何判断絮网结构的形成尚存在争议，大致有三种观点：一种是把出现缓慢下沉的清浑水交界面(以下称浑液面)作为絮网结构形成的标志⋯；另一种是把絮团问开始出现有效应力作为絮网形成标志；第三种认为，只有当单位体积悬液中悬浮颗粒总表面积超过某一临界值后，絮团才开始搭接成絮网结构。显然，第二种与第三种方法更接近于絮网结构的形成本质，但应用不便。从已有试验资料看，絮网结构的沉速远小于单个絮团的沉速，且絮网结构形成后大体上匀速下沉。因此，本文提出以浑液面沉速突然开始缓慢变化作为絮网结构形成的标志，这一方法既容易把握，又接近其物理本质

4、。采用静水沉降方法研究黏性泥沙沉降过程的试验很多。，但所用初始含沙量和沉降距离均偏小，以至于试验中出现的絮网结构不易观察，而且针对沉降过程中絮网结构形成过程的讨论也较少。本文拟采用两种不同高度的沉降筒进行静水沉降试验，观测、分析不同初始含沙浓度水体的浑液面在不同沉降筒中的下沉过程，并通过含沙量取样分析，研究絮网结构的形成条件，探讨含沙水体泥沙的沉降一沉积一固结全过程。2静水沉降试验试验采用连云港徐圩港区航道内底标高一5m处的底泥为泥样，采用马尔文激光粒度仪分析了泥样收稿日期：2013_o2—25作者简介：王维(1983一)，男，辽宁沈阳人，博士研究生，主要从事海岸演变理论研究。Email：ww

5、l3d5657@126．corn通讯作者：李绍武。E—mail：lishaowu@tju．edu．en68粒径级配(图1)，泥样中值粒径为0．O19rnm。采用两种不同高度的有机玻璃沉降筒，一种是高度为30em，内径为6cm，容量为1O00mL的量筒，另一种是高度为200era，内径为lOom的自制沉降筒，在侧壁一定间隔安装取样口(图2)，取样口内径2mm，采用阀门控制取样口流速和取样量。试验组次如表1所示。鋈丑鲁寸2最lⅢ吲巅旬重妪口Ⅱ黧铎÷量姜厘蹈ⅡⅡ甾图1试验粒径级配曲线图2200cm高沉降简示意图Fig．1SizedistributioncurveofsedimentsampleFig

6、．2Sketchof200cm—settling—tube表1试验组次Table1CasesofexperimentI．●●●●●g。。●，●●●主试验前将泥样进行了烘干、粉碎、筛除杂质处理。将泥样与盐水(以每升水中加入26g食盐配置)混合配成一定浓度的泥浆倒入沉降筒中，经充分搅拌开始观测其沉降过程，试验温度25摄氏度。3试验结果3．1浑液面沉降观测结果先采用30cm沉降筒对浑液面的沉降过程进行了观测。每次试验记录浑液面首次出现的高度(自沉降筒底部起算)和时刻，以后每隔一定时间记录浑液面的高度，画出浑液面历时曲线，将该曲线对时间求导即得浑液面沉降速度曲线(图3)。观测结果表明，初始含沙浓度较小

7、的组次1和2的沉速变化过程大致分为快速衰减段和缓慢变化段，其中含沙浓度略小的组次1(50g／L)的沉速快速衰减段历时约16min，而含沙浓度略大的组次2(75g／L)历时33min。含沙浓度最大(150g／L)的组次4在沉速快速衰减段之前有一个持续145min的沉速缓慢变化段，而后才进入沉速快速衰减段。快速衰减段之后进入另一个沉速缓慢变化段。含沙浓度lOOg／L的组次3则出现了两次沉速快速衰减段和