泥沙颗粒基本性质

（四）土壤类型：决定于气候和植被
五：泥沙资源 传统的观点是认为泥沙是有害的； 泥沙迁移造就了广袤富庶的大平原。长江 三角洲、珠江三角洲； 河道有序采砂；采砂量多大合适？ 三峡引航道年淤积砂量200万～1000万方， 如何利用该泥沙资源； 高含沙水流输送、流化床充分燃烧； 黄河下游泥沙淤背工程； 黄河口泥沙淤积使海上采油变为陆上开采 。
水解和碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被氢离 子取代。
风化作用
（４）氧化作用 (oxidation) ：空气中的氧在有水的条件下，氧 化能力很强。 2FeS2＋2H2O＋7O2 FeSO4＋2H2SO4
湿润的条件下含铁、硫的矿物（含变价元素）普遍地进行着氧
化过程。深色矿物（因含二价铁）容易风化。
diameter)：停留在D1，通过D2 的平均粒径。相当于等容粒径适用于砾石、沙粒
D a b c / 3
D 3 abc
4、沉降粒径(fall
diameter )：粒径小于 0.1mm。<0.1mm的细沙适用于粉沙、粘土. 如：比重计法、粒径计法、吸管法等。
泥沙颗粒分类：方法很多，结果有差别。
§2 岩石风化

一、风化作用(weathering)：岩石和矿物在地表环境中，

受物理、化学和生物作用，发生体积破坏和化学成分 变化的过程。 1、物理风化(physical weathering )：指岩石在外力影响下 ，机械地分裂成碎屑，只改变其大小与外形，而不改 变成分的过程。
(1) 温度作用（热胀冷缩） 引起岩石内外胀缩不一致，岩石是 热不良导体。 (2) 结冰作用（冰劈作用） (3) 风和水的磨蚀作用 风沙 磨蚀岩石，使之表面裸露， 加速物 理风化。
发生在风化初期。

风化作用
2. 化学风化(chemical weathering)
指岩石在外界条件的影响下，引起化学成分的 改变，产生新的物质的过程。
（1）溶解作用 (solution) 水是一种极性溶剂，岩石中的矿 物都是无机盐， 虽然占绝大部分的硅酸盐和铝硅酸盐矿物 溶解度很小， 但很长的地质年代中，水溶解的规模是相当 大的， 况且地表的水常常溶有CO2、NO2以及有机酸等， 这样大大提高了水的溶解能力。
中国 水文 ≥ 200mm 20~200mm 2~20mm
二、颗粒形状
（1）圆度
(roundess) 。颗 粒棱和角的尖锐 程度。圆度相等 的颗粒，形状可 能不同。如图。 圆度相等，形状 不同。 （2）表面结构 ：显微镜下观测的
颗粒表面细微形状 。
（3）球度（sphericity)wadell于1932年
3. 生物风化( biological weathering
指岩石中的矿物在生物及其分泌物或有机质分解产 物的作用下，进行的机械性破碎和化学分解过程。 生物风化的作用因素是生物及其代谢物发生的风化 是物理和化学风化并存。 微生物、植物根系、动物等，在岩石风化初期主 要是低等生物如细菌、真菌、 地衣等。
不同气候下土壤的形成分析
南方湿热 风化强烈 盐基淋失多 土壤 pH 低 原 生 矿 物 少 ， 且 粘 土 矿 物 以 Ki 值 较 低 的高岭石为主 南方湿热 生物生长旺盛 微生物活动强烈 有机质积累少H/F（胡敏酸与富里酸之比）<0.5 东北地区冷湿 风化不强 盐基淋失少（盐基饱和） pH高 东北地区冷湿 有机质分解慢，积累多，但品质较差， C/N 高 H/F低
§1 河道水流基本特性
1、河道水流的二相性：液相-水（连续介质
）和固相-沙（非连续介质的颗粒群体）。两 相流理论。 2、河道水流的三维性：河道断面不规则， 顺直段很短，宽深比小，尤其是山区河流。 3、河道水流的非恒定性：来水来沙随时间 变化；河床处于不断的变化中。 4、河道水流的非均匀性： 5、不平衡输沙；


（二）、土壤的可蚀性或抗侵蚀性 国外：土壤的可蚀性分为可分离性（detachability)和可 搬运性（transportability)。 国内常用抗侵蚀性：分为抗冲性和抗蚀性。土壤的抗蚀 性系指土壤风、水对土壤的机械破坏。抗蚀性抵抗水对土 粒的分散和径流悬浮的能力。土壤的抗蚀性常用分散率， 侵蚀率和分散系数表示。 土壤的抗蚀能力和土壤机械组成、化学特性、土壤被复 等有关，经研究其与土壤结构的关系极为密切。土壤结构 性愈好，则不是被水浸泡溃解，并能坚强地抵抗雨滴的打 击和径流的冲刷。这是因为土壤结构最主要的特点是它的 稳固性，即不易分裂为小团聚体和机械元素的能力。不稳 定的结构，当其浸入水中或遭受雨打水冲时，很快就分裂 为各自分开的颗粒，而稳定的结构，在水的作用下比较耐 久，完全不被破坏或者仅部分地分裂成为小的团聚体。
定义：与颗粒同体积的球体直径和颗粒外 接球直径之比。Ф=1/a*(6V/3.14)0.333
Dn (abc)1 3 bc 1 6V ( 2 )1 3 ( )1 3 a a a a
(4)形状可用形状系数SF(shape
factor)
表示 泥沙颗粒形状最初取决于岩石母质和风化 作用，随后在输运过程中受物理、化学和 生物作用不断改变形状，一般是其圆度增 加的过程。
第一章：水流、泥沙的基本性质
泥沙：指所有在流体中运动或受水流、风力
、波浪、冰川及重力作用移动后沉积下来的 固体颗粒碎屑（钱宁、1983）。粒径大小可 差数十~数万倍。粒径大小一般变化在 0.001~100.0mm 。Pm2.5 和Pm10 本章主要内容：河道水流基本特性、单颗粒 泥沙特性；群体泥沙颗粒特性；泥沙沉速； 含沙水体（浑水）特性。

二、黄土成因
(2)残积说：认为黄土是在干燥气候条件下，由
下伏基岩经风化残积作用形成的，黄土的许多 性质与风化壳的黄土化作用有关。 (3)黄土多成因说:认为黄土是由多种地质作用， 如冲积作用、洪积作用、坡积作用、风积作用 和冰川作用等，在相似的气候条件下逐渐堆积 而成的，其物质来源主要是区内或邻近地区的 早期堆积物和基岩风化碎屑物。 (4)洪积说： 李明光多次赴黄土高原、青藏高原 、西北等地考察。认为欧亚板块和印度板块相 碰撞，释放出巨大能量，产生多次灾变性洪水 ，洪水从西北向东南方向漫滋，带来大量黄土 物质，形成巨厚的黄土沉积并抬升，由于气候 干燥黄土得以保存。
粒径(mm) 0.01

赣江下游河床质钻孔资料分析结果：10-20mm粒组缺乏

§2-3 泥沙的几何特性
四、比表面积
（1）定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。
D 6 e 3 D / 6 D
2
（2）比表面积的意义
颗粒越小，比表面积越大； 反映泥沙颗粒的物化作用与重力作用的相对大小，其值
越大，物化
作用就越大。
1
பைடு நூலகம்
（5）卵石磨损。卵石在运动中经常与河
床发生磨檫使卵石的体积、重量和粒径沿 程减小。 （6）某种粒径的“短缺”现象。如瑞士 莱茵河河床质中，有5～100mm的砾卵石， 也有1mm的细沙，但很少存在1～5mm的颗 粒。一种解释认为是岩石崩解作用产生的 某一粒径短缺；另一种认为风化形成后， 在输运过程中细化了。
（三） 气候与土壤（主要决定着成土过程中水热条 件）
水热 ： 一方面影响母质风化过程速度及物质的淋溶； 另一方面控制了植物和微生物的生长决 定了有机质的积累和分解。 气候对土壤性质的影响
(1)对土壤矿物的风化及其组成的影响
(2)对土壤有机质含量和腐殖质组成的影响 (3)对土壤胶体性质的影响 (4)强烈地影响土壤风化和淋溶度。
根劈作用(root wedging)
风化作用阶段
碎 屑 残 积 阶 段
钙 质 残 积 阶 段
硅 铝 残 积 阶 段
铁 铝 残 积 阶 段

1)碎屑残积：物理风化为主，化学成分基本不变。 2）钙质残积类型：因为岩石矿物经化学风化生成的易溶性钾 、钠、钙、镁的氯化物和硫酸盐，受流水作用逐渐淋溶流 失，而碳酸钙相对积累。 3）硅铝化类型 ：岩石中的矿物受长期风化，可溶性氯化物 及硫酸盐遭到强烈淋失，甚至溶解度较小的碳酸钙也被淋 溶，而铝、铁、硅等元素尚有残留。如高岭土 4）铁铝化类型
（2）水化作用(hydration) 指无水矿物与水结合成 为含水矿物的作用。 CaSO4＋2H2O CaSO4.2H2O 2Fe2O3＋3H2O 2Fe2O3.nH2O 赤铁矿 褐铁矿
风化作用
（３）水解(hyrolysis)和碳酸化作用 水解 2KAlSi3O8＋3H2O Al2Si2O5(OH) ＋ 4SiO2＋2KOH 钾长石 高岭石 碳酸化水解作用 2KAlSi3O8＋CO2＋2H2O AlSi2O5(OH)＋4SiO2＋K2CO3 CO2溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍。
土 壤


残 积 层

风 化 壳
硅酸盐矿物全部分解，转变为以次生铁、铝矿物和高岭 基 岩 石粘土矿物为主。如红土

二、黄土成因(research of loess genesis)及黄土演变
黄土（loess)为干寒气候环境的产物，是一种“母岩
”而并不是真正的“土壤”。 黄土物质来源：不是主要来自于沙漠环境，而是来 源青藏高原第四纪冰川和冰缘作用区。 黄土成因有不同的假说: (1) 黄土风成说:是李希霍芬（Von Richthofen(1882年 ））和奥勃鲁契夫在19世纪末叶提出的“低空理论 ”（subaerial theory)，即“风成说”，认为黄土分 布在干早沙漠区的外围，是盛行的西北风或北风刮 起地面的粉尘，并将它们搬出沙漠地带沉积下来， 天长日久形成厚层的黄土。 风成说依据：（1）矿物成分粉粒为主符合风力搬运 特点；（2）结构特点：土质疏松，大孔隙，湿陷性
黄土特性：
（1）矿物成分：主要以石英、长石等稳定矿