压力管道与明渠中固结黏性泥沙起动对比分析

甘 甜，谈广鸣

(武汉大学水利水电学院，武汉 430072)

自然界中的泥沙是流体运动中受水流、风力、波浪、冰川及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑，而黏性泥沙在多沙河流中占有很大一部分比重，同时也大量存在于水库、港湾、河口以及淤泥质海岸中[1,2]。由于黏性泥沙颗粒细，重量轻等特性，其表面存在一定的物理化学作用使其在起动和冲刷特性上不同于粗颗粒沙，尤其是流速小时，黏性泥沙沉积在河床表面，经过长时间的淤积固结，颗粒间水分排出，形成具有不同团聚结构的微团。固结后微团的密度、黏结力、抗剪强度都发生了变化，增强了河床的抗冲性，表现出“淤积容易冲刷难”等特点[3]。泥沙起动问题是泥沙动力学中的基本问题，也是生产实践中常涉及的问题，黏性泥沙的起动，与散体沙有着本质的区别，黏性泥沙受黏结力的影响，固结后起动为微团形式。目前我国对于细颗粒泥沙受力及粗颗粒泥沙流速统一规律理论等的研究在国际上处于领先水平[4]，但由于黏性泥沙起动冲刷运动的复杂性，还有很多环节有待进一步研究。

天然粗颗粒泥沙动起动试验一般采用明渠水槽和环形水槽作为试验装置，而对于固结历时较长的黏性泥沙，颗粒间黏结力较强，临界起动条件和相应的摩阻流速变化很大，一般的明渠水槽控制实验条件比较困难，也难以满足较强的临界起动条件，因此王军、舒彩文、吕平等[5-7]均采用封闭矩形管道进行了黏性泥沙起动冲刷等系列试验，虽然压力管道水流条件满足固结黏性泥沙起动的临界水流条件，但管道内流速分布与压强分布均与明渠流不同，其结果是否能在天然河道明渠流中推广，仍需仔细探讨。……