发布时间 : 星期日 文章河流动力学更新完毕开始阅读f0c5393c0b4c2e3f572763e1
教学重点及难点：
（1）泥沙粒径的不同表达方式和测量方法，级配曲线的绘制及有关特征值的确定； （2）干容重和泥沙水下休止角的概念和影响因素。
§1-1 泥沙的来源-风化
泥沙来源于岩石风化，因此，河流泥沙的最根本来源是岩石的风化。
1.1、泥沙来源
河流中运动着的泥沙，就其主要来源而言，可以分为两大类。
① 、流域来沙。即流域地表的冲蚀； ② 、河床上冲起的沙。即河床的冲刷；
在运动过程中，二者存在着置换作用。
③ 、风沙（一般不考虑）——风沙运动给河流带来的泥沙首先在规模上不如前器者，其次。从广义的角
度也鲜以归入流域地表的冲蚀，再者，风沙运动带来的泥沙绝大部分属于冲泻质，对河流的冲淤影响较小。
从流域中输运到河流里的泥沙，既有粗大的卵石和沙粒，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。
1.2、风化过程
1.2.1 风化定义：
岩石和矿物在地表环境中，受各种物理、化学和生物作用，岩石发生体积破坏和化学成份发生改变的过程。
1.2.2风化种类：
物理风化：岩石在原地发生的崩解。物理作用涉及岩石破碎而不涉及造岩矿物的任何分解，
最小粒径可达0.02mm。
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化学风化：岩石发生的蚀变（溶解、水解、碳酸盐化等）。化学作用则意味著一种或多种矿
物的蚀变。 生物风化：
制约岩石风化的类型和速率的因素很多，包括矿物成分、岩石结构、断裂型式、气候、侵蚀和地形条件、时间以及人类活动等。其中气候是影响风化的主要因素。关于于风化作用的结果，对整个人类而言，土壤的形成无疑是最为重要的。风化作用作为侵蚀和搬运的前提条件。
1.3、地表侵蚀
流域地表侵蚀与气候、土壤、地形地貌及人类活动等因素有关。
1.3.1 侵蚀模数（输沙量模数）
——每平方公里地面每年冲蚀泥沙量（单位：t/km2.a）
1.3.2 含沙量
——每单位体积河水中的泥沙重量表示河流的含沙量。（单位：kgf/m3）
表格 1-1 常用的含沙量表达方式
名称 体积含沙量 量纲 无 记号 Sv 表达式 单位 无量纲 重量含沙量 有 Sw kgf/m3 从宏观分布看。我国北方土壤侵蚀的严重程度甚于南方，其中最严重的地区是黄河中游的黄土高原。永定河和西辽河流域，其输沙量模数M>1000 t/km.a，而陕北的皇甫川、窟野河、兑定河、延河流域，输沙量模数达10000~20000. t/km2.a。相当于地面每年普遍冲刷6~12 mrn的厚度。
一般来说，我国北方，特别是黄河中游的一些干支流。年平均含沙量有些高达300 kgf/m3，而在南方一些省份，年平均含抄量不足1 kgf/m3。这样的分布状况，是与我国各地区的水土流失程度紧密相关的。表3-1及表1-2是我国及国外一些主要河流水沙特征值的统计资料。
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§1-2 泥沙的矿物组成
泥沙来源于岩石风化，则风化岩石的矿物成分决定泥沙的矿物成分。不同的风化方式对岩
石矿物成分的影响程度不同，因此风化方式也影响泥沙的矿物成分。
2.1、岩石的风化方式和泥沙的矿物成分
（1）、物理风化——原生矿物，如石英、长石、云母等。
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岩石经物理风化后而破碎，形成的漂石、卵石、砾石等较大颗粒，往往比岩石中原有的矿物颗粒要大，因而仍保留岩石原有多种矿物成分、由原生矿物所组成，砂粒与岩石中原生矿物颗粒大小差不多，所以多为单矿物组成。
（2）、化学风化——次生矿物，如：次生二氧化硅，蒙脱石，高岭土等
化学风化及生物过程使岩石的原生矿物成分发生化学变化，形成了粉粒以下细小颗粒的次生矿物。其中，不可溶次生矿物是粘粒的主要部分，如次生二氧化硅，蒙脱石，高岭土等。可溶的次生矿物又可分为易溶（如：钠盐、钾盐）、微溶（如：硫酸盐）、难溶次生矿物（如：碳酸盐）三类。在进一步风化过程中，复杂的生物化学转变过程使泥沙中增加了有机质，并使有机质转变为土壤有机化合物的复合体即腐殖质。
2.2、矿物的物理特性
2.2.1 比重
由于构成泥沙的矿物成分不同、比重也不一样。如蒙脱石比重约为2.0，磁铁矿比重为5左右。但因泥沙中最主要的组成矿物为石英和长石，因此泥沙的比重一般都在2.60~2.70之间，通常取用2.65。在进行泥沙输移计算中，这是一个十分重要的数据。
2.2.2 硬度
——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。
据对长江悬沙的分析，硬度>7的矿物占50%以上，主要成分是石英和长石；硬度<2~3的
xiè
矿物占15%左右，主要成分是岩屑；硬度为4~5的矿物含量较少。综合统计，长江悬沙中硬度>5的矿物平均约达80%，而水轮机过流部件金属材料硬度一般<5，这是过流金属部件受磨损的基本原因。
§1-3 泥沙的几何特性
泥沙的几何特性系指泥沙颗粒的形状和大小，或者说泥沙颗粒的形状与粒径。
泥沙的形状是各式各样的。泥沙颗粒的不同形状与它们在水流中的运动状态密切相关。较粗的颗粒沿河底推移前进，碰撞的机会较多，碰撞时动量较大，容易磨成较为圆滑的外形；较细的泥沙颗粒随水流浮游前进，碰撞的机会较少，碰撞时动量较小，不易磨损，因此能够保持棱角峥嵘的外形。所以用圆度和球度表示泥沙的外形特征。
3.1、泥沙的粒径
泥沙颗粒的大小一般用粒径（size）来表示，（或：粒度）。常用的粒径表示定义和计算方法有三种：等容粒径、筛分粒径、沉降粒径。
3.1.1 等容粒径
由于泥沙颖粒形状不规则，不易确定其直径，通常所说的粒径为泥沙的等容粒径的简称。 所谓等容粒径——就是体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。 设某一颗沙的体积为V，则其等容粒径为：
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\ （1-1）
单位：mm，cm.
对于非球体沙粒，可以看成椭圆体，则椭圆体体积为：
, ——a,b,c为椭球体的长、中、短三轴
其等容粒径为：
（1-2）
即：椭球体的等容粒径为其长、中、短轴长度的几何平均值。
对单颗的卵石、砾石，可以直接称重，再除以泥沙的容重，就可以代人式（1-2）求得等容粒径；或者直接测量长、中、短三轴大小计算其几何平均值；也可以通过测量沙粒的中轴长度来代替等容粒径。
而对于无法直接测量的较细的顺粒.在通常情况下根本不可能采用这样的办法确定它们的粒弃。在实际工作中，对于不易直接测量其体积及长、中、短轴长度的泥沙，通常采用另外两种方法确定其粒径。
3.1.2 筛分粒径
对较粗天然沙粒测量成果的统计分析表明，沙粒的中轴长度，和其长、中、短三轴的几何平均值(即等容粒径)接近相等且略大。这样在实际中，对于粒径在0. 062~32.0mm之间的沙粒，一般采用筛分（析）法。我国采用公制标准筛，筛号和孔径的关系如表2。
不难设想，用筛析法量得的粒径应相当于各粒径组界限沙粒的中轴长度。可以近似地看成等容粒径。或者直接称为筛径。