河流动力学 闭卷

泥沙级配曲线

粒配曲线：表示天然沙组成特性的曲线

.绘制过程：取样→烘干→筛分→称重→点线→求各种特征值

（1）取样筛分，获取各粒经组D i 泥沙的重量；

（2）统计出小于和等于各粒经D i 的沙重，并算出其占总重的百分比p i；

（3）准备半对数坐标纸(横坐标为对数分格，纵坐标是普通分格)；

（4）以粒经D i 为横坐标(对数坐标，从大到小)，小于和等于粒经D i 的沙重百分比p i为纵坐标(普通坐标)绘制D~p粒配曲线。

.曲线坐标：半对数坐标

粒配曲线反映的特性：

⑴可反映沙样颗粒的大小和范围；

⑵可反映沙样组成的均匀程度。

沙样的特征粒径（中值粒径d50与算术平均粒径d m关系？）粒径：单个泥沙颗粒的大小

1、等容粒径：体积相当的球体直径；

3

1

3

1

6

6

??

?

?

?

?

=

?

?

?

?

?

=

s

W

V

D

πγ

π

粗颗粒

2、平均粒径：

? 算术平均：()3/c b a D ++= ? 几何平均；3abc D =粗颗粒

2、筛分粒径：刚好能通过筛孔的粒径；停留在D1，通过D2的平均粒径；细颗粒

3、沉降粒径：粒径小于0.1mm 。如：比重计法、粒径计法、吸管法等。

沙样组成(群体性)：

(1)代表粒径：中值粒径:d 50：级配曲线中p=50%对应的粒径。

算术平均粒径: Dm ，几何平均粒径dmg 100

1

∑==

n

i i

im m P

D

D

（2）非均匀特性：拣选系数φ和均方差σ（几何标准偏差）

2575D D =? ???

?

??+=1650508421D D D D σ 泥沙淤积物干容重的概念？影响淤积物干容重的因素?

泥沙的重力特性：

一、泥沙的容重与密度

1、定义s γ：泥沙颗粒单位体积的重量(T/m 3、KN/m 3)。

s

s V Ws

=

γ 密实不含空隙的体积 2、常见值范围：＝2.55～2.75T/m 3，通常取平均值s γ＝2650kg/m 3。 3、有效比重：泥沙水下比重与水的比重之比，为无量刚值，a ＝1.65。

γ

γ

γ-=

s a 水的比重＝1 000kg/m 3 二、泥沙淤积物干容重'

γ

沙样烘干后（100-105℃的重量与原状沙样体积的比值。也称干密度'

s ρ。由于泥沙颗粒存在

孔隙，干容重一般小于个体颗粒的容重。在分析河床冲淤变化时，泥沙冲淤的重量必须通过泥沙的干容重换算为泥沙冲淤体积。干容重变化为300～1700kg/ m 3，变化范围较大。 影响干容重的主要因素有：粒径，淤积历时，埋藏的深度和环境等。

浑水容重γm 与含沙量的关系？

泥沙沉速概念

沉速概念：单颗粒泥沙在无边界影响的静止的清水中匀速下沉的速度。符号：ω，又称为 水力粗度。是泥沙的水力特性。实测资料表明，泥沙沉降的运动状态与沙粒雷诺数有关。 沙粒雷诺数概念：Re d =

υ

ωd

(绕流流体惯性力与粘滞力的对比) 泥沙沉降绕流阻力与沉降状态关系？

绕流阻力系数：)(ed D R f C 度、水流紊动强度、形状、方位、表面粗糙= ① 层流时Red<0.1：C D 与Re d 为直线关系，低雷诺数阻力表现 为粘性阻力 ② 紊流时：试验结果表明：C D 与Re d 为无关，基本为一常数，C D ≈const.。 ③ 过渡状态时：C D 与Re d 成曲线关系，数学上难以描述。

张瑞谨泥沙沉速公式推导思路?会用该公式计算泥沙沉速。

影响泥沙沉速主要因素？泥沙沉速影响因素

颗粒形状：

含沙量：

不均匀沙的沉速：

沉降筒直径：

紊动：

絮凝：出现絮凝后，沉速增加，一般0.4－0.5mm/s

群体沉速与含沙量的关系？

泥沙运动分类？推移质与悬移质运动区别？

泥沙起动概念？

泥沙起动随机性表现？

泥沙起动的希尔兹曲线反映的泥沙起动特性？会根据希尔兹数计算泥沙起动切力，判别泥沙起动。

起动流速概念？起动流与泥沙起动的关系？

细粘粒泥沙的粘结力？

关于粘结力形成原因的不同观点

1、张瑞瑾观点

张瑞瑾认为细颗粒之间的粘结力主要是因为存在于颗粒之间的束缚水（吸附水膜）不传递静水压力所引起的。 2、唐存本观点

认为存在于细颗粒泥沙之间的粘结力，主要是由于沙粒表面于粘结水之间的分子引力造成的。

3、窦国仁观点

认为粘结力应由水对床面颗粒的下压力及颗粒间的分子引力两部分组成

止动流速与起动流速的对比？

颗粒由静止起动时，流速必须大于启动条件、流速降到止动条件以下，颗粒向床面沉降，停止运动静止下来。

完整的沙波发展过程？

沙波的产生和消亡的过程，依据不同的水流条件存在静平整、沙纹、沙垄、动平整、沙浪、碎浪、急滩和深潭等阶段。

a)静平床：此时水流强度较弱，c U U <，床沙静止不动。

b)沙纹：水流达到一定强度，c U U <，泥沙开始运动，由于水流的随机性和泥沙组成的不均匀性，形成沙纹，沙纹尺寸较小。沙纹的尺寸与河道几何尺寸（水深）关系不大，在深水区和浅水区都会出现。

c)、沙垄：随着水流强度的增强，沙纹尺寸不断增大，发展成为沙垄。沙垄受到河道几何尺寸（特别是水深）影响较大，波高由不足1m 到2～3m ，波长由数米以至100m 以上不等。在大小不同的河流中，沙垄所达到的波高和波长有很大差别，沙垄尺寸变幅较大。 d) 过渡

e) 动平床：当沙垄发展到一定高度，若水流强度进一步增大，波峰后面的漩涡区在水流方向所占空间越来越长。这时越过漩涡区被水流挟带到下一个沙垄迎流面上的泥沙越来越多；即使沉积在漩涡区内，其距沙垄坡脚越来越远，其结果使沙垄波高减小，波长增加，沙波逐渐衰减，河床再次恢复平整，此时，河床床面上仍有大量泥沙成层运动，故称动平床。 f)、沙浪：形成动平床后，若水流强度继续增大，当Fr>1，床面再一次出现起伏形状，称为沙浪。沙浪纵剖面对称。此时，床面上有大量泥沙作强度甚大的成层运动。沙浪的运动方向，与水流方向一致的叫顺行沙浪，和水流方向相反的，叫逆行沙浪。 逆行沙波形成原因：因为这种沙波起伏很大，水流在经过沙波的迎流面时，好像上坡一样，负担较大，把一部分泥沙卸了下来；而越过波峰下行时，又有余力冲走一部分泥沙。这样每一颗泥沙虽然顺着水流方向运动，但沙波作为一个整体却是徐徐向上游后退，故称为逆行沙波。

h)、急滩和深潭：当1 Fr ，床面出现急滩和深潭相间的特殊形态。急滩处为急流，强烈冲刷；深潭处为缓流，严重淤积。这种床面形态只有在陡峻的山区河流中才可能发生。 上述几种床面形态，在冲积河流中出现的主要是沙纹和沙垄。

河床阻力与河岸阻力的阻力叠加原理表达式、划分方法及计算？

沙粒阻力？沙波阻力？它们对输沙的作用？

1） 沙粒阻力：也称表面阻力，是沙波迎水坡面土泥沙颗粒产生的阻力。由于动床的沙粒在

水流作用下是可动的，因此动床沙粒阻力也与定床沙粒阻力不同。

2） 沙波阻力 ：也称形态阻力，是沙波背后水流分离，形成漩涡而产生的阻力，这部分阻

力是定床阻力所没有的，它随着沙波的形态和尺度而改变。 对输沙作用的影响：

①、在水流作用于床面的全部剪切力中，只有一部分直接作用于泥沙颗粒上，引发推移质的运动和床面形态的变化(形成沙波)，即所谓的“沙粒阻力”，它是水流与颗粒本身直接作用的结果。

②、在床沙有运动但没有沙波（动平整床面）的情况下沙粒阻力等于全部阻力 ③、床面上有沙波时，则由沙粒阻力和沙波阻力共同构成全部阻力。 ④、沙波阻力引起的时均能量消耗对推移质运动没有贡献，但转化为紊动动能而支持了悬移质的运动。

沙粒阻力与沙波阻力的阻力叠加原理表达式？

1、阻力叠加原理：沙粒阻力和沙波阻力是作用在同一周界上的两个阻力单元，仍可采用阻力叠加原理。

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( )( ,)( ,)(可加性已由试验证实＝一般：－河床沙波剪切力－河床沙粒剪切力河床综合剪切力设b b b b b b b b b b

b b b

b b x x x x x x ττττττττττττ''+'=?'''=''''+''=''''''-叠加原理

2、阻力的划分：仍可采用能坡分割法、水力半径分割法处理。

b b b b b b b

b b b b b b b b b b b b b b b

b b b b b b b

b J J J R J R J R J J R R R R R R J R J R J R R R R J J J J J ''+'=?''''+''=''≠'≠''='=''+'=?''''+''=''≠'≠'''=γγγγγγ则但则但＝假定⑵假定⑴能坡分割法：水力半径分割法：

不同床面形态对水流阻力的影响？

沙波运动对河流的影响？

1．波运动是推移质运动的主要形式，直接与推移质输沙率有关，通过实测沙波尺度与运动速度，可估算推移质输沙率

2．天然河流中沙波的发生、发展及其形态变化，对河道阻力损失的影响是很大的。（这是由于在沙峰下游往往形成平轴漩涡，从而助长紊动，大的沙波是形成大尺度紊动的根源之一，而大尺度紊动将直接影响水流的阻力损失。）

3．天然河流中的沙波运动对河道演变的影响是直接的，如果将天然河道中的泥沙成型淤积体（如边滩、心滩等）看成大尺度沙波，则沙波运动对河道的演变有决定性的影响。

综上，沙波运动对河道水流结构、河道阻力、泥沙运动及河床演变均有重要影响。

沙波阻力是冲积河流阻力的主要组成部分之一；沙波的发展有时会引起H~Q关系异常；根据沙波形态和运动速度计算推移质输沙率。

推移质输沙率概念？

梅叶-彼得推移质输沙率公式为何引入沙粒阻力n’?论证公式中分子项第二项的希尔兹0.047？

均匀沙推移质输沙率各类公式采用的主要参数？

非均匀推移质输沙率的处理方法？

床沙质与冲泻质概念？特性？

悬沙垂线分布（ROUSE公式）推导中采用的假设?悬浮指标概念及对含沙量垂线分布的影响? 熟练掌握ROUSE公式? 水流挟沙能力概念？

张瑞谨水流挟沙力公式物理意义，参数特性？

河床演变的概念？

河床演变原理？运用该原理分析水库冲淤？影响河床演变因素；

横断面河相关系？

造床流量概念？确定方法？

河床纵向稳定性概念？

冲积河流的均衡状态？

平原（冲积）河流的河型；

河流动力轴线（主流线）概念？

弯曲河道冲淤的一般特性？

根据断面各垂线流速分布画出断面环流情况？分汊河道水流特性？

游荡型河道的演变规律？