第三节河流泥沙的基本特性
一、几何特性
泥沙的几何特性指泥沙颗粒的形状、粒径及其组成。

泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则，常可近似地视为球体或椭球体。

泥沙粒径的求法：对于较大颗粒的卵石、砾石，可以通过称重求其等容粒径。

所谓等容粒径，就是体积V与泥沙颗粒体积相等的球体的直径，即d=(6V/π)1/3。

或者，通过量出颗粒的长轴a、中轴b、短轴c，算其几何平均粒径 d=abc，这实际上是将泥沙颗粒视为椭球体而求得的椭球体的等容粒径。

对于较细颗粒的泥沙，实际工作中，通常采取筛分析法或沉降分析法求其粒径。

筛析法的作法是，将孔径不同的公制标准筛，按孔径上大下小原则叠置在一起，放在振动机上，将沙样倒在最上一级筛上，把经振动后恰通过的筛孔孔径作为该颗粒的粒径，并称此粒径为筛
径。

采用沉降法求其粒径并称为沉降Array粒径，其原理是，通过测量沙粒在静
水中的沉降速度，按照粒径与沉速的
关系式((3-2))反算出粒径。

泥沙的组成常用粒配曲线表示。

即通过沙样颗粒分析，求出其中各粒
径级泥沙的重量及小于某粒径泥沙
的总重量，算出小于某粒径的泥沙占
总沙样的重量百分数，在半对数纸上
图3-3 半对数纸上的泥沙粒配曲线
绘制如图3-3 所示的泥沙粒配曲线。

据此粒配曲线，可反映沙样粒径的粗
细及其组成的均匀性。

如图3-3 所示，Ⅰ、Ⅱ两组沙样相比较，沙样Ⅰ的组成要粗些、均匀些；沙样Ⅱ的组成要细些、不均匀些。

根据图3-2示粒配曲线，易于确知沙样的中值粒径d50。

它的意义是，沙样中大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50％。

在实际工作中，通常可以中值粒径d50作为沙样的代表粒径。

二、重力特性
1．泥沙的容重与密度
泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值，称为泥沙的容重γS，单位为N／m3。

泥沙颗粒实有质量与实有体积的比值，称为泥沙的密度ρs，单位为t／m3或kg ／m3。

泥沙的容重γS 与密度ρs 的关系：γS =ρs .g 。

这里g 为重力加速度。

工程上，泥沙密度常取ρs =2.65t/m 3 = 2650 kg ／m 3
由于河流泥沙处在水中运动，其实际容重应为（γS -γ），因此在工作中，常采用有效容重系数a 表示其重力特性。

a= γγ
γ-s =ρρ
ρ-s (3-1)
其中γ、ρ分别为水的容重和密度。

2．泥沙的干容重与干密度
沙样经100～105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重γ，，单位为N ／m 3。

其质量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙
的干密度ρ, ，单位为t ／m 3或kg ／m 3。

，干密度ρ,与干容重γ，的关系：ρ=γ，
/g 。

研究泥沙干容重的理论意义在于，在河床冲淤变化分析中，冲淤泥沙的重量G 与体积V 的关系，需通过干容重γ
，换算，即G =γ，V 。

三、沉降特性
泥沙因其容重较水为大，在水中必然往下沉降。

泥沙的沉降特性是指，泥沙在水中下沉时的状态及其沉降速度。

泥沙沉速的定义为，泥沙在静止的清水中等速下沉时的速度。

泥沙沉速常用符号ω表示，单位cm/s 。

研究得知，球体沉速一般公式为
ω = d C 34
gd s γγγ- (3-2)
式中，C d 为阻力系数，与沙粒雷诺数R ed 有关，R ed =ωd/ν，其中ν为水的运动粘滞性系数，ω、d 分别为泥沙的沉速和粒径。

C d 由试验确定。

对于泥沙来说，虽然其颗粒形状与球体不同，但其沉降的物理特性理应一致。

因此，上面球体的沉速公式应该同样适用于泥沙。

只是由于泥沙的形状不规则，阻力系数C d 应该较球体略大。

泥沙沉速是河流泥沙的重要特性之一。

在许多情况下，它反映着泥沙在与水流相互作用时对运动的抗拒能力。

在同样水流条件下，水流中的泥沙沉速越大，则泥沙发生沉降的倾向越大；河床上的泥沙沉速越大，则泥沙参与运动的倾向越小。

因此，在河流泥沙研究与河道演变分析中，与泥沙沉速无关的课题是很少的。