泥沙颗粒基本特性
泥沙颗粒基本性质
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。
e
DD3 /26
6 D
（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
三、颗粒的密度、容重、比重
（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。
D＝2－φ 或 lo2gD
美国地球物理学会
中国 水文
漂石 boulders ≥ 256mm ≥ 200mm
卵石 cobbles 64~256mm 20~200mm
砾石 gravel 2~64mm
2~20mm
粗沙 coarse sand 0.5~2.0mm
中沙 medium sand 0.25~0.5mm 0.05~2.0mm
100 90 小于% 80 70 60
zk1-2 zk2-2 zk3-2 zk4-2 zk5-2
50
40
30
20
10
粒径(mm)
0
100
10
1
0.1
0.01
100
zk12-2
zk13-2
80 小于%
zk14-2 zk15-2
60
zk16-2
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。
河流动力学第三章 泥沙特性
三、泥沙的水下休止角
– 定义：静水中、不致塌落的倾角 – 影响因素：泥沙粒径、级配及形状 – 变化范围：32º－39 º
三、泥沙的水下休止角 f tgφ
• 根据天津大学研究成果，泥沙水下休止角(°)与粒径D(mm)
有如下关系： 32.5 1.27d
抛石
➢ 0.5 ＜Red＜1000时，由于Cd 为ω及d的函数，目 前无合适的计算公式，只能借助实验资料来计算
ω及Red。
21
22
三、泥沙的沉速
– 天然泥沙不是球体，需要考虑差异 – 基本原理、基本方法大同小异 – 相关研究较多，但所得公式结构相近 – 过渡区复杂，各家公式百花齐放 – 水电部规范综合了多家公式
– 特点
♥ 包含孔隙在内： s ＝ s (1－e) ♥ 变幅较大：最大1.7t/m3，最小0.3t/m3 ♥ 原因：孔隙变化较大
二、泥沙的干容重与干密度
– 影响因素
♥ 泥沙粒径 ➢ 颗粒越细其值越小：
D<0.005mm0.56t/m3 ➢ 颗粒越细变幅越大：0.56－1.35t/m3 ♥ 泥沙淤积厚度 ➢ 淤积深度越深干容重越大，变幅越小
1.72 s gd 0.41 m / s
Red= D/ =0.41×3.5/1000/10-6=1432.1>1000，假定符合，
属紊流
泥沙的水力特性
四、其他影响因素
– 泥沙形状
♥ 细颗粒不重要 ♥ 砾石、卵石、块石应考虑（越扁平，沉速越小）
– 水质
♥ 絮凝的影响 ♥ 出现絮凝后，沉速增加，一般0.4－0.5mm/s
D
(
6V
)1/
3
河流动力学
下风化、破碎形成的。在上述作用下从流域 内地表进入水系（或大气层），在水力（风 力）作用下经历搬运、沉积后在新的地点成 岩，往复循环。
§ 1-2 研究对象
泥沙运动是地球上物质圈（水圈、大气 圈、岩石圈、生物圈）演化过程的重要环节。
侵蚀特点
范围
水力侵蚀→流水侵蚀和重 力侵蚀（崩塌、滑坡）
重力侵蚀
片蚀、沟蚀、崩岗侵蚀
黄土丘陵区： 渭河南北、三门峡
长江流域及以南地区： 广东、福建、四川等
湖北、广西、浙江、 安徽等省区
坡面剥蚀—片蚀 主要与人类活动有关 顺坡耕作时侵蚀更严重 土地退化 生态环境的恶化
四川、湖南、贵州等 云南、金沙江支流 三峡库区、贵州 （半）干旱、半湿润 洞庭湖、黄河三角洲
§1-1 基本概述
三、系统
地表上各种各样的物质运动可以区分成
不同的自然系统来分别进行研究，称为“地 质系统”。如：火山熔岩流动形成的岩浆流、 天然河流都可以看作是一个自然系统。
在某个自然系统中存在能量和物质的运
动、转换，称为动态系统。
§1-1 基本概述
系统的边界既可以用天然边界（流域的 分水岭、河流的河床、水面），也可以根据 研究目的人为划分。划定边界后，边界之外 的所有内容（物质、能量）都是外部环境， 而非系统的组成部分。
简介
一、概述 二、泥沙颗粒基本特性 三、床面形态与水流阻力 四、推移质（泥沙的起动与推移） 五、悬移质（水流挟沙力） 六、河道演变（基本原理） 七、河型
第一章 河流动力学概述
最早的人类是沿河流和河谷发展的。 （如尼罗河、黄河、印度河流域文明）从大 禹治水疏导百川、治理江河至举世瞩目的三 峡工程，都利用了河流动力学的基本原理。 河流动力学的研究与发展是人类为谋求生存 而对河流进行治理和利用的，它们之间有着 必然联系。
第三节 河流泥沙的基本特性
第三节河流泥沙的基本特性一、几何特性泥沙的几何特性指泥沙颗粒的形状、粒径及其组成。
泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则，常可近似地视为球体或椭球体。
泥沙粒径的求法：对于较大颗粒的卵石、砾石，可以通过称重求其等容粒径。
所谓等容粒径，就是体积V与泥沙颗粒体积相等的球体的直径，即d=(6V/π)1/3。
或者，通过量出颗粒的长轴a、中轴b、短轴c，算其几何平均粒径 d=abc，这实际上是将泥沙颗粒视为椭球体而求得的椭球体的等容粒径。
对于较细颗粒的泥沙，实际工作中，通常采取筛分析法或沉降分析法求其粒径。
筛析法的作法是，将孔径不同的公制标准筛，按孔径上大下小原则叠置在一起，放在振动机上，将沙样倒在最上一级筛上，把经振动后恰通过的筛孔孔径作为该颗粒的粒径，并称此粒径为筛径。
采用沉降法求其粒径并称为沉降Array粒径，其原理是，通过测量沙粒在静水中的沉降速度，按照粒径与沉速的关系式((3-2))反算出粒径。
泥沙的组成常用粒配曲线表示。
即通过沙样颗粒分析，求出其中各粒径级泥沙的重量及小于某粒径泥沙的总重量，算出小于某粒径的泥沙占总沙样的重量百分数，在半对数纸上图3-3 半对数纸上的泥沙粒配曲线绘制如图3-3 所示的泥沙粒配曲线。
据此粒配曲线，可反映沙样粒径的粗细及其组成的均匀性。
如图3-3 所示，Ⅰ、Ⅱ两组沙样相比较，沙样Ⅰ的组成要粗些、均匀些；沙样Ⅱ的组成要细些、不均匀些。
根据图3-2示粒配曲线，易于确知沙样的中值粒径d50。
它的意义是，沙样中大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50％。
在实际工作中，通常可以中值粒径d50作为沙样的代表粒径。
二、重力特性1．泥沙的容重与密度泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值，称为泥沙的容重γS，单位为N／m3。
泥沙颗粒实有质量与实有体积的比值，称为泥沙的密度ρs，单位为t／m3或kg ／m3。
泥沙的容重γS 与密度ρs 的关系：γS =ρs .g 。
这里g 为重力加速度。
工程上，泥沙密度常取ρs =2.65t/m 3 = 2650 kg ／m 3由于河流泥沙处在水中运动，其实际容重应为（γS -γ），因此在工作中，常采用有效容重系数a 表示其重力特性。
第三章 泥沙特性
泥沙颗粒）的双电层。
+
+ +
+
+吸
++ + +
附
层
扩散层
内 泥沙颗粒 层 外层 中性水
双电层
32
1、泥沙颗粒周围的双电层
2、双电层的外层 ①、吸附层 ②、扩散层
①、吸附层（固定 层，不活动层）
紧靠内层的反离子， 由于受静电引力大， 便与颗粒表面牢固 地结合在一起，称 吸附层。
++ + +
+
+
+ ++
c很缓，粒径变 化范围大，各组 粒径含量接近， 组成不均匀，级 配良好
请想想:砼搅拌中要求组成沙级配良好，对应均匀沙或非均匀沙？
第三章 泥沙特性
1.1 泥沙的几何特性
(二)沙样组成与粒配曲线
第三章 泥沙特性
1.1 泥沙的几何特性
(二)沙样组成与粒配曲线
1.1.2
第三章 泥沙特性
1.1 泥沙的几何特性
+ +
+ +
+ +
+
+ +
+
+吸
++ + +
附
层
内 泥沙颗粒 层 外层
双电层
扩散层 中性水
33
1、泥沙颗粒周围的双电层 2、双电层的外层 ①、吸附层 ②、扩散层
②、扩散层（活动层）
扩散层：距内层较远的 反离子与颗粒表面结合 的就不牢固，具有一定 的活动性，这一层叫做 扩散层。
++ + +
泥沙动水沉降速度
泥沙动水沉降速度1. 引言泥沙动水沉降速度是指在水流中泥沙颗粒由于重力作用下沉降的速度。
泥沙动水沉降速度的研究对于河流、湖泊、海洋等水体的水质管理和水资源开发具有重要意义。
本文将从泥沙的特性、沉降速度的计算方法、影响因素以及应用领域等方面进行详细介绍。
2. 泥沙的特性泥沙是指由颗粒状固体物质组成的悬浮物质，在自然界中广泛存在于河流、湖泊、海洋等水体中。
泥沙颗粒的大小可以从粉尘级别到沙砾级别不等，其主要成分包括矿物质、有机质和水分。
泥沙颗粒的形状和密度是影响其沉降速度的重要因素。
通常情况下，颗粒越大、形状越规则，其沉降速度越快。
此外，泥沙颗粒的密度也会影响其沉降速度，密度越大的颗粒沉降速度越快。
3. 沉降速度的计算方法泥沙动水沉降速度的计算方法有多种，常用的方法包括斯托克斯公式和牛顿公式。
3.1 斯托克斯公式斯托克斯公式是根据颗粒在流体中的受力平衡原理推导出来的。
公式如下：V=2g(d p−d f)9η其中，V表示沉降速度，g表示重力加速度，d p表示颗粒的密度，d f表示流体的密度，η表示流体的粘度。
3.2 牛顿公式牛顿公式是根据颗粒在流体中的运动规律推导出来的。
公式如下：V=F m其中，V表示沉降速度，F表示颗粒所受到的重力，m表示颗粒的质量。
4. 影响因素泥沙动水沉降速度受到多种因素的影响，主要包括颗粒大小、形状、密度以及流体的粘度等。
4.1 颗粒大小和形状颗粒大小和形状是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。
通常情况下，颗粒越大、形状越规则，其沉降速度越快。
4.2 颗粒密度颗粒密度是指单位体积颗粒的质量，也是影响沉降速度的重要因素。
密度越大的颗粒沉降速度越快。
4.3 流体粘度流体的粘度是指流体内部分子间相互作用力的大小，也是影响泥沙动水沉降速度的重要因素。
粘度越大的流体，泥沙颗粒的沉降速度越慢。
5. 应用领域泥沙动水沉降速度的研究在许多领域中具有重要应用价值。
5.1 水质管理了解泥沙动水沉降速度可以帮助我们评估水体中的悬浮物质沉降速度，从而更好地进行水质管理。
河流动力学_总结
河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πV D =泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D =2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6)①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量②算出小于各种粒径的泥沙总重量③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。
3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。
4、粒配曲线特征值1）中值粒径50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。
即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ∆，然后求出各组泥沙的平均粒径32min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或∑∑==∆∆=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数；2502σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9.151.84ln D D =σ 当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m >3）分选系数（非均匀系数）25750D D S =，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。
5、影响泥沙的孔隙率的因素①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。
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第三章泥沙颗粒基本特性某一河段内水流中的泥沙颗粒既可能直接来自于流域、也可能是从上游河床上冲刷起动而来的。
水体挟带了大量泥沙颗粒后，可能会引起某些物理特性发生变化，如流变性质等。
3.1 风化过程从流域中输运到河流里的泥沙中，既有粗大的卵砾石和沙粒，也有细小的粘土颗粒。
粗泥沙源自岩石和矿物风化而成的碎屑，而地表土的流失是细颗粒的来源。
3.1.1 风化岩石和矿物在地表(或接近地表)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，称为风化作用。
风化作用受气候、岩石成分、结构构造、植被、地形和时间等因素影响。
在风化的初期，以物理风化为主。
物理风化作用使岩石在原地发生崩解，形成残留于原地的岩石碎屑，物理风化作用形成的岩石碎屑最小粒径可达0.02mm左右，岩石化学成分基本不变，只能形成少量的蛭石、伊利石、绿泥石等风化程度较低的粘土矿物。
在物理风化作用的基础上，进一步发生化学风化(溶解、水解、碳酸盐化等)。
卤族元素(I，F，Cl ，Br)和氯化物(KCl，NaCl)容易随水流失，而碳酸盐和硫酸盐难于溶解，以含钙矿物(方解石CaCO3，石膏CaSO4)等形式残留在风化层中，使Ca相对富集,故称这一阶段为钙质残留阶段或富钙阶段。
化学风化作用的深入进行将使硅酸盐矿物晶体破坏，铝硅酸盐矿物分解出的另一部分硅和铝在地表结合形成各种粘土矿物,其化学通式为Al2O3·m SiO2·n H2O,依地表水介质环境由弱碱性→酸性的变化，分别形成伊利石(水云母)、蒙脱石(胶岭石)与高岭石等粘土矿物。
通常蒙脱石、高岭石形成于湿润气候条件，而伊利石则是较干冷气候条件的产物。
化学风化作用的最后阶段，硅酸盐全部分解，地表粘土矿物也可分解，可以迁移的元素均已析出。
风化碎屑中主要形成大量铁、铝和SiO2胶体矿物，以水铝石(A12()3·n H2O，铝土矿，或有Fe、Mn混入)、水赤铁矿(Fe2O3·3H2O)、褐铁矿(Fe2O3)、针铁矿等为主。
这些矿物在地表条件下稳定，并大量残留在原地，使风化产物中铁、铝相对富集，形成富含高价铁的粘土，即红土。
气候是影响风化作用的主要因素。
不同气候下残积物(风化壳)的类型、分层结构和厚度都不同。
在相同的气候条件下，基岩性质对残积物有重要影响，可溶性岩石(石灰岩、白云岩、大理岩、石膏及其他生物化学岩类等)风化时，溶解物大部分被水介质搬运走，岩石中原有的粘土、铁、铝等杂质聚集成残积粘土层，通常经高价铁染红，称为赭土，它不同于完全由次生粘土组成的红土。
花岗岩含有较多的硅铝，但含钙少，风化时可较快形成富含石英、高岭石的残积物。
页岩、板岩、千枚岩等缺乏钙质，一开始就进入硅铝阶段，形成粘土残积层。
而石英岩抗化学风化能力极强，一般只受物理风化而形成石英砂。
3.1.2 土壤土壤是以各种风化产物或松散堆积物为母质层，经过生物化学作用为主的成土作用改造而成的。
土壤具有植物生长所需有机质组分(腐殖质)和无机组分(N、P、K的化合物)、微量元素和水分与孔隙，这是土壤与风化残积物、松散堆积物的主要区别。
土壤位于残积物顶部，呈灰色—灰黑色，一般厚度为0.5～2.5m。
土壤形成时间比风化壳形成时间短得多，大约只需200～500年。
土壤类型主要取决于气候(决定水热条件)和植被(有机质来源)，而植被的发育程度又受气候控制。
因此，当气候条件发生变化时，土壤也会为适应新的气候条件而改变土壤类型，故土壤呈现可逆性变化。
气候分布具有地带性，所以土壤的类型也呈地带性分布。
我国热带和亚热带地区分布的土壤大多可归为红壤系列或富铝化土纲，而黄土地区黄土性土壤的主要类型为黑垆土、褐土、黄绵土、黑壮士、栗钙土和黑钙土等。
表2—1所示是我国主要土壤类型的分布。
黄土（loess）为干寒气候环境的产物，其形成始于早更新世。
应注意它是一种“母岩”而并不是真正的“土壤”。
主要特征包括黄色、无层理、粉粒结构、土质疏松、多大孔隙、具湿陷性。
具有层理和砂、砾石层的粉土状沉积物则称为次生黄土或黄土状岩石。
凡保持原始特性的黄土，都表现出土质疏松、多大孔隙、具湿陷性等特征。
各组黄土除沉积间断面外，均为块状结构，五层理。
(1)黄土侵蚀特性黄土的粒径组成以粉沙为主，孔隙大，富含碳酸盐。
黄土吸水后易崩解，并被水流搬运，抗侵蚀能力差，在各种营力作用下侵蚀强烈。
黄土组成较为单一，垂直节理发育，易形成陡壁，既有保护边坡的一面，也有崩塌不利的一面。
黄土沟谷的崩塌、滑坡、泻溜等现象显示了黄土的不稳定性，它不仅与黄土的松散特性有关，也与黄土常含有砂层、砂质黄土层，以及黄土和古土壤岩性特征不同所导致约含水量与透水性能差异有关。
(2)红壤侵蚀特性红壤抗蚀性和抗冲性的大小，与土壤中胶结物质的类型有关。
以有机物质胶结的土壤，具有较大的抗蚀性，而粘粒胶结的土壤则具有较大的抗冲性。
所以有机质含量较高的土壤表层，有较大的结构系数或较小的分散系数，抗蚀能力较强。
下部心土层和粘性母质的胶结物质，以粘粒和铁铝氧化物为主，所形成的团聚体水稳性较差，土壤孔隙较少，使土壤严重板结和坚实，故具有较大的抵抗径流机械破坏的能力。
有机质层流失后，有机质少的下部土层出露地表，将减低土壤的抗蚀能力。
由抗冲指数和水稳性指数综合指标确定的土壤耐蚀冲性表明，发育于变质岩的红壤及黄壤耐蚀冲性最强，而发育于花岗岩的红壤耐蚀冲性最小。
紫三土和发育于第四纪红土的红壤，其耐蚀冲性介于这两者之间。
表2-1 气候类型与土壤类型及中国的土壤分布表(曹伯勋 1995)3.2 单个颗粒的特性泥沙颗粒(或称“沉积物碎屑”)粒径变化范围较大(一般为0.001～100.0mm)，研究其运动时一般不能概化为连续介质，因此需要对单个泥沙颗粒的性质进行定量、精确的描述。
3.2.1 颗粒的大小—粒径泥沙颗粒的大小一般用粒径(size)来表示(某些学科中称“粒度”)。
常用的粒径定义和计算方法有如下几种。
1)等容粒径等容粒径(nominal diameter ，公称直径)为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。
如果泥沙颗粒的重量W 和容重s γ(或体积V)可以测定，则其等容粒径可按下式计算：(2-1) 2)筛分粒径如果泥沙颗粒较细，不能用称重或求体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定113366n s V W D ππγ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭其筛分粒径(sieve diameter)。
设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径(opening)为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1<D<D 2。
在对大量颗粒作粒径分布分析时，这类颗粒可以归到“粒径小于D 2”的范围之中，以便绘制粒径的累积频率分布曲线。
表2—2列出了工程上常用的筛号与筛网孔径之间的对应关系。
对于两筛之间(D 1<D<D 2)的平均尺寸，可以用代数平均()122D D +、几何平均()12D D 、()12123D D D D ++等方法计算。
例2—1 证明筛分粒径相当于等容粒径。
证明 对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a,b,c 表示。
可以设想颗粒是以中轴通过筛孔的，因此筛析所得的是颗粒的中轴长度b 。
对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式：()13b abc = (2-2)即中轴长度接近(实测结果为略大于)三轴的几何平均值。
如果把颗粒视为椭球体.则其体积为6V abcπ=等容粒径为(2-3) 因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径(颗粒恰好通过的孔径)接近于它的等容粒径。
3)沉降粒径对于粒径小于0.1mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密度相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径(fall diameter)。
颗粒沉速及由沉速反算沉降粒径的计算方法将在后面讨论。
由于上述三种粒径的定义、测量方法和计算方法有较大差异，因此在提及泥沙颗粒的粒径时必须同时说明该粒径的测量或计算方法，以保证概念的明确。
由水利部颁布、1994年1月1日起实施的《河流泥沙颗粒分析规程》规定，泥沙颗粒的分类应符合表2—3。
表2-3 泥沙颗粒按粒径的分类注：上述分类的英文名称分别为：粘粒—clay ，粉粒—silt ，沙粒—sand.砾石—gravel ，卵石—cobble ，漂石一boulder3.2.2 颗粒的形状1. 泥沙颗粒的几何特征泥沙颗粒的几何特征可以从圆度、球度、整体形状、表面结构等方面来描述。
1)圆度圆度(roundness)是指颗粒棱和角的尖锐程度。
Wentworth 提出将圆度定义为r/R ，其中r 是颗粒最尖锐棱角的曲率半径，只是颗粒最大内切圆的半径。
这一定义对于三维物体的平面投影应用起来较为困难，因此后来Wadell 再将圆度定义为颗粒的平面投影图像上各角曲率半径r i 的平均值除以最大内切圆半径，即(2-4) 圆度相等的颗粒，形状可能大不相同，如图2—1。
2)球度()11336n V D abc π⎛⎫==⎪⎝⎭iN rRN∏=∑球度(sphericity)是Wadell 首先提出的，他所给的定义是与颗粒同体积的球体直径(等容粒径)和颗粒外接球直径之比。
形状不规则的泥沙颗粒，其球度可以通过量测出其互相垂直的长、中、短三轴来确定，即假定颗粒为椭球体，则其等容粒径为 (2-5)而外接球直径就是长轴直径a ，所以Wadell 所定义的球度ψ为(2-6) 有时采用形状系数(shape factor)来综合表示颗粒形状特点，定义如下：(2-7) 在研究颗粒的沉速时，使用形状系数作为参数能够得到较好的规律。
2. 泥沙颗粒的形状及其成因泥沙颗粒的最初形状取决于岩石母质和风化作用，随后在输运过程中因继续受到物理、化学及生物作用而不断改变其形状，改变的程度或最终形成的形状取决于搬运介质(水、空气、冰川运动)和搬运方式(滑动、滚动、跳动、悬浮或颗粒流等)。
据观察，岩石碎屑的圆度在流水搬运初期迅速增加，然后其增加速度变缓(即，砾石的磨损速度随着圆度增加而减少)，直至完全变圆为止，而其球度则以一个缓慢而稳定的速度增加。
3.2.3 颗粒的密度、容重和比重颗粒的密度 ρs 即颗粒单位体积内所含的质量，国际单位制单位为kg ／m 3或g/cm 3，工程中力常用t ／m 3。
容重γs 的定义是泥沙颗粒的实有重量与实有体积的比值(即排除孔隙率在()11336n V D abc π⎛⎫== ⎪⎝⎭1133216bc V a a ψπ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭cSF ab=外)，国际单位制单位为N ／m 3，工程中常用kgf ／m 3。