细颗粒泥沙静水沉降实验研究

摘要

研究细颗粒粘性泥沙絮凝形成-发育的机理和沉降-淤积运动规律是泥沙运动力学的一个重要课题;对于深入认识水库泥沙淤积、海岸滩涂演变及港口航道维护具有重要意义。目前，很多学者从理论和实践两方面对细颗粒泥沙絮凝沉降进行了研究，但仍有很多问题尚未解决。
　　本文以渭河杨凌河段洪水淤积体为沙洋，运用Ipp图像处理软件、借助分形理论，对絮凝体显微镜图片进行了分析研究，简化了传统计算絮凝体有效密度的计算方法。采用二维数字图像计盒维数的计算方法，运用MATLAB软件，计算了絮凝体的分形维数。从微观方面探讨了絮凝体的有效密度、孔隙率、直径、分形维数在不同含沙量、电解质条件下的变化规律。从宏观方面对细颗粒粘性泥沙絮凝沉降过程进行了试验研究。考虑到天然水体中多含有阳离子，且阳离子对细颗粒泥沙絮凝沉降影响较大，为此，以冈恰洛夫公式为基础，引入离子浓度参数，拟合了絮凝体沉速公式。得出如下结论:
　　(1)在含沙量较小(50g/L、70g/L)时，絮凝体有效密度随着时间呈现出先增大再减小的趋势;当含沙量为（100g/L、150g/L）时，絮凝体有效密度随着时间变化表现为先减小再增大的趋势。
　　(2)在其它影响因素不变条件下，随着电解质强度的增大，絮凝体分形维数呈现出先增加后减小的趋势。
　　(3)絮凝体沉降过程可划分为絮团沉降和絮网沉降两个阶段。并且，在同一电解质条件下，随着含沙量的增大，絮凝体沉降速度逐渐减小并趋于稳定。
　　(4)阳离子化合价对絮凝体沉降速度的影响远大于电解质强度的影响。
　　(5)泥沙粒径对絮体沉降的影响与泥沙浓度、电解质条件密切相关。
　　(6)本文拟合的絮凝体沉速公式与实测计算值更加符合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 粘性泥沙絮凝机理

1．2．2 粘性泥沙絮凝的影响因素

1．2．3 理论基础

1．2．4 本论文的主要工作

第二章 静水中细颗粒粘性泥沙絮凝沉降的实验研究

2．1 试验方法

2．2 试验仪器

2．3 试验分组

2．4 试验过程及分析

第三章 絮体形态变化特征

3．1 絮凝形态理论及发展

3．2 絮凝体内部结构分析

3．2．1 絮凝体直径

3．2．2 分形维数计算

3．2．3 不同电解质强度对絮体分形维数的影响

3．2．4 不同电解质强度对孔隙率的影响

3．2．5 同一电解质条件下对孔隙率的影响

3．3 本章小结

4．1 絮凝体密度

4．2 密度的计算

4．3 不同含沙量对絮体密度的影响

4．4 不同阳离子化合价对絮体密度的影响

4．5 本章小结

第五章 絮凝体沉速

5．1 絮凝体沉降影响因素分析

5．1．1 不同含沙量

5．1．2 不同阳离子化合价

5．1．3 不同电解质强度

5．1．4 不同泥沙粒径

5．2 本章小结

第六章 絮凝体沉速计算

6．1 沉速公式对比及适用范围

6．2 絮凝体沉速计算公式推导

6．3 电解质Na+、Ca2+、Al3+影响下的泥沙沉速计算

7．1 结论

7．2 展望与不足

参考文献

致谢

作者简介