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1、泥沙研究2014年2月Journa1ofSedimentResearch第1期黏性泥沙絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成過程研究王維，李紹武(天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津300072)摘要：黏性泥沙的沉降和沉積過程是泥沙運動力學的一個重要研究內(nèi)容。采用連云港徐圩港區(qū)航道淤積物，分別在30cm高量筒和200cm高自制沉降筒中進行了靜水沉降試驗，觀測了清渾水交界面的形成和沉降過程，測量了沉降過程中清渾水交界面以下含沙量垂向分布。通過分析試驗結(jié)果，提出了一種根據(jù)清渾水交界面沉降速度判定絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成的新方法，并據(jù)此初步解釋了黏性泥沙沉降過程中制約沉降、絮網(wǎng)沉降和絮網(wǎng)密實三個不同沉降階段絮團間作用的差異。關(guān)
2、鍵詞：黏性泥沙；靜水沉降；絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)；清渾水交界面中圖分類號：TV143．4文獻標識碼：A文章編號：0468—155X(2014)01．0068—061前言黏性泥沙廣泛分布于我國沿海淤泥質(zhì)海岸，由于絮凝作用，其運動特性明顯異于非黏性泥沙。黏性泥沙顆粒在水中往往結(jié)成大小不一的絮團，條件適宜時，大量絮團彼此搭接成絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)一起下沉。充滿絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)的渾水既不同于普通含沙水體，也不同于固結(jié)中的淤泥。這種渾水雖然具有流動性，但其流變特性明顯偏離牛頓流體。絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成后，其沉積速度十分緩慢，浮泥便是絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)典型的存在形式。由于這部分具有特殊流變特性的絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)是黏性泥沙從開始落淤到固結(jié)完成過程中必然經(jīng)歷的一個階段
3、，因此其性質(zhì)在整個沉積過程中的變化是淤泥質(zhì)海岸泥沙運動研究的一個重要方面。目前對如何判斷絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成尚存在爭議，大致有三種觀點：一種是把出現(xiàn)緩慢下沉的清渾水交界面(以下稱渾液面)作為絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成的標志?；另一種是把絮團問開始出現(xiàn)有效應(yīng)力作為絮網(wǎng)形成標志；第三種認為，只有當單位體積懸液中懸浮顆?？偙砻娣e超過某一臨界值后，絮團才開始搭接成絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)。顯然，第二種與第三種方法更接近于絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成本質(zhì)，但應(yīng)用不便。從已有試驗資料看，絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)的沉速遠小于單個絮團的沉速，且絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成后大體上勻速下沉。因此，本文提出以渾液面沉速突然開始緩慢變化作為絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成的標志，這一方法既容易把握，又接近其物理本質(zhì)
4、。采用靜水沉降方法研究黏性泥沙沉降過程的試驗很多。，但所用初始含沙量和沉降距離均偏小，以至于試驗中出現(xiàn)的絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)不易觀察，而且針對沉降過程中絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成過程的討論也較少。本文擬采用兩種不同高度的沉降筒進行靜水沉降試驗，觀測、分析不同初始含沙濃度水體的渾液面在不同沉降筒中的下沉過程，并通過含沙量取樣分析，研究絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成條件，探討含沙水體泥沙的沉降一沉積一固結(jié)全過程。2靜水沉降試驗試驗采用連云港徐圩港區(qū)航道內(nèi)底標高一5m處的底泥為泥樣，采用馬爾文激光粒度儀分析了泥樣收稿日期：2013_o2—25作者簡介：王維(1983一)，男，遼寧沈陽人，博士研究生，主要從事海岸演變理論研究。Email：ww
5、l3d5657@126．corn通訊作者：李紹武。E—mail：lishaowu@tju．edu．en68粒徑級配(圖1)，泥樣中值粒徑為0．O19rnm。采用兩種不同高度的有機玻璃沉降筒，一種是高度為30em，內(nèi)徑為6cm，容量為1O00mL的量筒，另一種是高度為200era，內(nèi)徑為lOom的自制沉降筒，在側(cè)壁一定間隔安裝取樣口(圖2)，取樣口內(nèi)徑2mm，采用閥門控制取樣口流速和取樣量。試驗組次如表1所示。鋈丑魯寸2最lⅢ吲巔旬重嫗口Ⅱ黧鐸÷量姜厘蹈ⅡⅡ甾圖1試驗粒徑級配曲線圖2200cm高沉降簡示意圖Fig．1SizedistributioncurveofsedimentsampleFig
6、．2Sketchof200cm—settling—tube表1試驗組次Table1CasesofexperimentI．●●●●●g。?！?，●●●主試驗前將泥樣進行了烘干、粉碎、篩除雜質(zhì)處理。將泥樣與鹽水(以每升水中加入26g食鹽配置)混合配成一定濃度的泥漿倒入沉降筒中，經(jīng)充分攪拌開始觀測其沉降過程，試驗溫度25攝氏度。3試驗結(jié)果3．1渾液面沉降觀測結(jié)果先采用30cm沉降筒對渾液面的沉降過程進行了觀測。每次試驗記錄渾液面首次出現(xiàn)的高度(自沉降筒底部起算)和時刻，以后每隔一定時間記錄渾液面的高度，畫出渾液面歷時曲線，將該曲線對時間求導(dǎo)即得渾液面沉降速度曲線(圖3)。觀測結(jié)果表明，初始含沙濃度較小
7、的組次1和2的沉速變化過程大致分為快速衰減段和緩慢變化段，其中含沙濃度略小的組次1(50g／L)的沉速快速衰減段歷時約16min，而含沙濃度略大的組次2(75g／L)歷時33min。含沙濃度最大(150g／L)的組次4在沉速快速衰減段之前有一個持續(xù)145min的沉速緩慢變化段，而后才進入沉速快速衰減段?？焖偎p段之后進入另一個沉速緩慢變化段。含沙濃度lOOg／L的組次3則出現(xiàn)了兩次沉速快速衰減段和
