宋迪迪， 张根广， 张宇卓， 李 青

(西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，旱区寒区水工程安全研究中心，陕西省水工程安全与建设研究中心， 陕西 杨凌 712100)

1 研究背景

泥沙在沉降过程中，由于细颗粒泥沙间范德华力作用及表层电荷作用, 使得泥沙颗粒具有一定的吸附力，进而吸附异电离子而形成双电层，或吸附较小的泥沙颗粒形成絮凝体。絮凝体之间通常以点与点、点与面或面与面等方式结合，造成絮凝体中形成孔隙[1- 2]，絮凝体内孔隙将被自由水充填[3]，因此絮凝体沉速与单颗粒泥沙沉速有较大的不同，研究泥沙絮凝体孔隙特征，对研究絮凝体沉降速度具有重要的意义。

研究表明，黏性细泥沙颗粒的粒径越小，其比表面积越大，泥沙颗粒的电化学作用越明显[4]，泥沙粒径越粗，絮凝的作用越弱。当泥沙颗粒粒径d>0.03 mm时，絮凝现象不显著；当泥沙颗粒粒径d<0.03 mm时，絮凝作用逐渐增强；当d<0.01 mm时，絮凝作用明显加强[5]。

钱宁、马惠民、褚君达等人考虑了黏性细沙絮凝作用对水流特性的影响，得到了泥沙絮凝体的沉速公式[6]; 20世纪80年代，Witten和Sander 将分形理论引入黏性细颗粒泥沙的絮凝研究，Gonzalez等[7]研究了雷诺数较小情况下的黏性细颗粒泥沙的沉降规律，并基于絮凝体分形维数和孔隙率研究的基础上，提出了细颗粒泥沙沉降公式；柴朝辉等[1]运用图像分析和统计学的方法得到了絮凝体沉速随着絮凝体孔隙直径减小及小孔隙所占比重增加而增加；王尚毅[8]假定斯托克斯公式仍适用于絮凝体沉速计算，得到了黏性沙絮凝体的静水沉速不仅随着水温T、历时t、和初始浓度n0的增加而增大，同时也随着絮凝体密度的减小而减小的结论；王……