碎屑的搬运实用教案

1、第1页/共35页第一页，共35页。物质(wzh)搬运和沉积的方式：机械搬运和沉积：被搬运的物质(wzh)碎屑物质(wzh)、新生成矿物搬运方式滑动、滚动、跳跃和悬浮。滑动、滚动和跳跃又称推移搬运或床沙搬运；悬浮搬运又称悬移搬运。化学搬运和沉积：被搬运物质(wzh)溶解物质(wzh)搬运方式真溶液、胶体溶液或络合物。生物搬运和沉积：被搬运物质(wzh)溶解物质(wzh)、内源粒屑物质(wzh)及部分粘土物质(wzh) 搬运方式生物生理作用、生物物理作用、生物化学作用。 第2页/共35页第二页，共35页。第3页/共35页第三页，共35页。考察实际流体时，我们可以设想将流体的一小部分与其他部分分割开

2、来，然后考察作用于其上的各种力，跟踪它的运动过程，并了解这些力是如何起作用的为使分析更加具体，我们可以(当然是在极为夸大的情况下)将此种质点设想成一立方体作用于此立方体上的力有许多种，但可归纳为体积力和表面力； (1)体积力(超距作用) 重力(zhngl) 电力 电磁力 (2)表面力(直接接触作用) 法向应力(压力) 剪切力或切向应力(粘性摩擦力) 补充补充(bchng)内容内容第4页/共35页第四页，共35页。 当不同流体单元之间或流体与固体之间存在相对运动时，就有剪应力出现剪应力的产生，是由于实际流体都具有粘性，即具有“稠密性”，有抗拒形变的能力，流体质点能够发生明显的形变，甚至比泡沫橡皮

3、之类物质还容易变形但象橡皮一样，流体质点也会抵抗形变，固体的抵抗力取决于形变量，而流体的抵抗力取决于形变速率，代表抵抗能力大小的特性(txng)称为粘性。第5页/共35页第五页，共35页。牛顿内摩擦定律 对于运动的流体，当流体质点间存在相对运动时，由于流体的粘性作用(zuyng)，在流体内部流层之间会出现成对的切力，称为内摩擦力。 17世纪牛顿通过牛顿平板实验研究了流体的粘性。下图即为牛顿平板实验装置，下板固定，上板可动，且平板面积有足够大，可以忽略边缘对流体的影响。其中第6页/共35页第六页，共35页。hAUT yhUuydyduhU第7页/共35页第七页，共35页。 所以，内摩擦力为：所以

4、，内摩擦力为： 此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中：此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中： 为动力粘度，表征为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度流体抵抗变形的能力，它和密度(md)(md)的比值称为流体的的比值称为流体的运动粘度运动粘度 。 在运用牛顿内摩擦定律公式时应注意在运用牛顿内摩擦定律公式时应注意: :此式不仅适用于液体，也适用于气体。此式不仅适用于液体，也适用于气体。此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩擦力来抗此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩擦力来抗拒此相对运动。拒此相对运动。切应力切应力的大小与流体的粘性以及沿运动垂直方向上的速度梯度的大小与流体的粘性

5、以及沿运动垂直方向上的速度梯度du/dydu/dy成正比。成正比。dyduAhUAAT第8页/共35页第八页，共35页。一、流体(lit)的基本知识1.1.牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 内摩擦定律内摩擦定律(dngl) (dngl) 在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力粘滞系数力粘滞系数/ /运动粘滞系数始终保持一常数。运动粘滞系数始终保持一常数。 第9页/共35页第九页，共35页。2.层流(cn li)、紊流和雷诺数 第10页/共35页第十页，共35页。第11页/共35页第十一页，共35页。第12页/共35页第十二页，共35页。第13

6、页/共35页第十三页，共35页。第14页/共35页第十四页，共35页。 层流和紊流的力学性质及对沉积物的搬运(bnyn)(bnyn)和沉积特点是不同的。 紊流不仅具粘滞切应力，而且还有流体质点的紊乱流动而引起的附加切应力( (或称惯性切应力) )。而层流只有粘滞切应力。因此紊流的搬运(bnyn)(bnyn)能力要强于层流。紊流还有扬举作用，这是使沉积物呈跳跃和悬浮的主要因素。第15页/共35页第十五页，共35页。层流(cn li)的意义？第16页/共35页第十六页，共35页。3. 缓流、急流(jli)和佛劳德数 明渠中由于流速与波速的比值不同而出现的两种不同性质的水流形态。流速小于波速，外界干

7、扰引起的水面(shu min)波动能逆流上传的水流称为缓流。缓流水势平稳，遇到底部障碍物时水面(shu min)下跌。流速大于波速，外界干扰引起的水面(shu min)波动不能上传的水流称为急流。急流水势湍急，遇到底部障碍物时水面(shu min)隆起，一跃而过（图1）。 第17页/共35页第十七页，共35页。在水力学中用(zhngyng)佛劳德数来衡量：第18页/共35页第十八页，共35页。第19页/共35页第十九页，共35页。第20页/共35页第二十页，共35页。 在沉积学范畴中牵引流是最常见的，例如，含有少量沉积物的流水(包括河流、海流、波浪流、潮汐流以及六十年代中期(zhngq)提出来

8、的等深流等)和大气流。 随着流体中碎屑颗粒数量的不断增加，逐渐向着重力流过渡，例如，水中浓集有大量沉积物的浊流、泥石流等都属沉积物重力流。 牵引流和沉积物重力流在流体力学性质、沉积物的搬运方式和驱动力、流体与沉积颗粒之间的力学关系等方面都有显著差异，亦即它们的沉积机理是不一样的，从而形成的沉积物也有各自的特点。第21页/共35页第二十一页，共35页。第22页/共35页第二十二页，共35页。第23页/共35页第二十三页，共35页。二、碎屑颗粒(kl)在流水中的搬运和沉积作用 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与水的流动状态关系密切，是层流还是紊流，是急流还是缓流；还与碎屑颗粒本身特点，如大小、比

9、重、形状等有关。 碎屑颗粒由静止状态进入运动状态时的临界水流条件称作碎屑颗粒的起动条件。碎屑颗粒所以能起动是由于促使颗粒运动的力超过了阻止颗粒运动的力，因此要研究起动条件必须首先(shuxin)分析颗粒在水中的受力状况，由于受力状况不同，可出现滑动、滚动、跳动和悬浮的各种搬运方式。第24页/共35页第二十四页，共35页。1. 碎屑颗粒(kl)在水中的受力分析第25页/共35页第二十五页，共35页。2. 碎屑颗粒的搬运(bnyn)方式及特点当Px WPy时，碎屑颗粒开始滑动；当Pxl1+Pyl2Wl3时，碎屑开始滚动；当PyW，碎屑开始跳跃；细小的颗粒Pc较大，一旦脱离床底，由于W较小，则很难下

10、沉，则进入悬浮(xunf)状态。第26页/共35页第二十六页，共35页。3.机械沉积作用(chn j zu yn) 处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件下，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时，碎屑物质就会沉积下来。第27页/共35页第二十七页，共35页。斯托克公式只有在静水或层流条件下才适用。斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。实验证明，假设球形颗粒的沉速为100，则椭球形颗粒的沉速为8461，立方体为74，长柱体为50，片状颗粒为8038；碎屑颗粒在静水中下沉(xi chn)速度与其相对密度成正比；第28页/共35页第二十八页，共35页。 碎屑物质在流水中的搬运和沉积(chnj)，流速和颗粒大小之间的关系最为关键。第29页/共35页第二十九页，共35页。第30页/共35页第三十页，共35页。第31页/共35页第三十一页，共35页。4.4.搬运过程中碎屑物质搬运过程中碎屑物质(wzh)(wzh)的的变化变化第32页/共35页第三十二页，共35页。在某一沉积环境（或某一地段）中，当流入水动力大于流出水动力时，在该环境中沉积下来的最大和最小碎屑的粒径，将分别对应于流入和流出的水动力，更大的碎屑不会被带入，更小的碎屑则会被带出该环境，也就是说，只有一定粒度范围的碎屑才会在该环境中沉积或静止下来。碎屑颗粒的粒度大小与环境的