第七章淤泥质海岸的泥沙运动及其岸滩演变

§7.淤泥质海岸的泥沙运动及其岸滩演变----《海岸动力学》目录一、粘性细颗粒泥沙的基本特性二、粘性泥沙的沉降与固结三、淤泥的流变特性四、水流作用下的粘性泥沙的运动规律五、波浪与淤泥质地床的相互作用六、港池和航道的回淤计算七、淤泥质海岸的岸滩演变第一节粘性细颗粒泥沙的基本特性（了解）淤泥质海岸特点：岸线平直；岸滩坡度极为平缓（1/500~1/2000）粘土颗粒化学成分：高潮位于低潮位之间的潮间带滩地宽广；主要颗粒成分是粘性泥沙（粘土矿物、粉砂），粒径小；泥沙运动与污染物运移密切相关；粘土颗粒性质主要成分：高岭石、蒙脱石、伊利石晶体结构：四面体和八面体单元一、粘性细颗粒泥沙的矿物种类及性质第一节粘性细颗粒泥沙的基本特性一、粘性细颗粒泥沙的矿物种类及性质第一节粘性细颗粒泥沙的基本特性二、双电层和吸附水膜电解质中一些离子吸附在泥沙颗粒表面表面分子离解，某离子释放，而异号离子留存于表面双电层吸附水膜定义：粘结水和粘滞水灾颗粒周围形成的一个水膜决定厚度：颗粒矿物成分、水化学性质第一节粘性细颗粒泥沙的基本特性三、粘性细颗粒泥沙的絮凝絮凝（flocculation）定义：悬浮于水中的细颗粒泥沙因分子力作用凝聚成絮团状集合体的现象影响因素：泥沙矿物组成、水质、泥沙粒径粒径愈细，颗粒表面物理化学作用愈强，絮凝愈明显絮凝发生后细颗粒泥沙的存在形式：单颗粒，均匀悬浮，每颗表面吸附一层束缚水；絮团，絮团中禁闭自由水，有效直径增大；絮凝集合体，网架结构，空隙充满自由水；网架结构紧密，重离子有谁减少，最后可能转化成禁闭自由水。第一节粘性细颗粒泥沙的基本特性四、粘性细颗粒泥沙的基本运动形式水动力强：表面形成随水流自由运动的悬浮物，含沙量分布均匀；水动力弱或水域流速小：形成底部高浓度的浮泥层；第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降♣粘性泥沙在盐水中静水沉降的主要影响因素：含沙量沉降形式：絮凝沉降制约沉降段群体沉降段密实段含沙量递减第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降絮凝沉降a)含盐度影响含盐度对絮凝沉降的影响第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降絮凝沉降b)沉降距离和含沙量的影响絮凝沉速随沉距的彼岸花冠徐遵循指数变化：不同含沙量下絮凝沉速随沉距的变化（连云港泥沙，s=30%,T=21.8°C）絮凝因子（反映絮凝强弱）絮凝因子与基本颗粒粒径关系F与泥沙基本颗粒中值粒径D50关系第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降絮凝沉降c)水温影响d)粒径对沉速影响

临界粒径：0.01~0.03mm絮凝因子（反映絮凝强弱）絮凝因子与基本颗粒粒径关系F与泥沙基本颗粒中值粒径D50关系第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降絮凝沉降c)水温影响d)粒径对沉速影响

临界粒径：0.01~0.03mm絮凝因子随基本颗粒大小的变化第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降絮凝沉降d)静水絮凝沉速关系式计算与实测絮凝沉速对比图第二节粘性泥沙的沉降与固结一、沉降群体沉降（群体沉降速度即均匀沉降段的沉速）均匀沙群体沉降公式—理查德逊典型浑水液面沉降曲线群体沉速与体积含沙量的关系第二节粘性泥沙的沉降与固结二、固结理想化固结过程（Partheniades，1965）第二节粘性泥沙的沉降与固结二、固结固结过程是一个排水过程固结方程S=αlgt+β淤泥密度与含沙量关系深度z处含沙量与上表层含沙量关系

第三节淤泥的流变特性淤泥的流变特性：粘性泥沙火或淤泥在不同悬浮火沉积状态时，受到外部动力作用时现出较为复杂的变形和流动行为。主要研究方法：流变方程

A流体型淤泥B伪塑性体Cτy流动D宾汉塑性流体第三节淤泥的流变特性流体型淤泥（ρ<1.03g/cm3）流变方程（同清水）

一、流体型淤泥的流变特性宾汉塑性流体（ρ=1.03~1.25g/cm3）流变方程含沙量大小决定（钱宁）二、浮泥的流变特性

三、新淤粘性土的流性特性新淤粘性土（ρ=1.25~1.60g/cm3）在水流作用下一般不会产生变形，冲刷悬扬为主，波浪作用下仍有运动和变形。流变关系：τ=Gγ+μγ符合牛顿定律第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律淤泥床面冲刷类型再悬浮♪浮泥层表面冲刷；♪交界面出现小波纹；♪波纹失稳悬扬。塑性泥冲刷♪部分固结床面冲刷；♪片状冲刷。固结粘性土冲刷♪完全固结沉积物；♪无整体冲刷；♪大底部流速；♪泥层成块揭起。一、粘性泥沙的起动和冲刷第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律一、粘性泥沙的起动和冲刷1、粘性泥沙起动浮泥的起动新淤粘性土的起动——杨美卿，1996第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律一、粘性泥沙的起动和冲刷淤泥质运动摩阻流速与密实程度的关系——密尼尔第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律一、粘性泥沙的起动和冲刷淤泥质起动摩阻流速与宾汉极限切应力的关系τB<1.5N/m2τB>1.5N/m2早期淤泥新淤淤泥临界冲刷切应力和含沙量关系：第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律一、粘性泥沙的起动和冲刷2、粘性泥沙冲刷率容重垂直均匀分布底床冲刷率E：垂向含沙量不均匀底床冲刷率E第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律二、粘性泥沙的淤积2、粘性泥沙冲刷率泥沙沉积概率分布均匀泥沙淤积率：τb≥τcd，你是不发生淤积；τb<τcd时，所有泥沙最终沉积非均匀泥沙淤积率：第四节水流作用下的粘性泥沙的运动规律三、粘性泥沙的输送1、悬沙输送三维二维海床变形计算

2、浮泥流浮泥在自重作用下的流动水流作用下的浮泥动第五节波浪与淤泥质底床的相互作用一、波浪衰减淤泥床密度较小（有浮泥层），底部泥床波动，造成波浪衰减和淤泥的质量输移；底床泥密度较大，波浪传播底摩擦很小，单位距离内波浪衰减很小，波浪主要起掀沙作用；大波浪形成浮泥层。浮泥或低密度淤泥床的存在，波高衰减相当大第五节波浪与淤泥质底床的相互作用二、淤泥的质量输移淤泥质量输移：波浪作用下，泥床内的淤泥可能沿波浪传播方向做整体输移第五节波浪与淤泥质底床的相互作用三、波浪作用下的淤泥悬扬淤泥悬扬只有在很强的波浪作用下，浮泥才会产生悬扬；淤泥主要以悬扬形式运动四、波浪作用下泥床的流动化淤泥的流动化：波浪作用下，原来不具有流动性的底床沉积淤泥变为可以随波浪和水流运动的浮泥。机理解释：波浪作用引起泥床内部孔隙水压增大，或内部应力较大破坏淤泥内部网状结构，有效应力降低，流动性增强第六节港池和航道的回淤计算一、淤泥质海岸平均含沙量的估算1、淤泥质浅滩水域的主要动力风吹流波动水流潮流2、风、浪和潮流作用下的平均含沙量第六节港池和航道的回淤计算二、淤泥质浅滩上航道淤积计算淤泥质浅滩海域在风浪和潮流综合作用下的泥沙云亦形态主要是悬移质1、浑水横越航道引起的淤积

2、