不同因素对粘性泥沙絮凝特性影响的研究

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1、不同因素对粘性泥沙絮凝特性的影响研究EffectsofVariousFactorsontheCharacteristicsofCohesiveSedimentFlocculation一级学科：水利工程学科专业：港口、海岸及近海工程研究生：乔光全指导教师：张庆河教授张金凤副教授天津大学建筑工程学院二零一三年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要粘性泥沙絮凝沉降过程对粘性泥沙运动及港池航道的冲淤，乃至河口海岸演变等都有重要影响，而泥沙絮凝沉降本身又受到

3、多种因素影响。因此，研究各种因素对粘性泥沙絮凝沉降的影响对深入理解粘性泥沙絮凝沉降规律和机理有重要意义。本文在引入XDLVO理论建立粘性泥沙絮凝沉降格子Boltzmann(LB）模型的基础上，对粘性泥沙絮凝影响因素进行了研究。本文主要结论如下：1、在LB模型中引入XDLVO理论，并对模型进行了校验，LB模型中XDLVO力的计算结果和公式计算值吻合较好。同时进行了参数敏感性分析，从理论上分析了XDLVO作用力对泥沙絮凝沉降的影响。基于XDLVO理论的LB模型能合理反映颗粒间作用力，可以进一步应用于泥沙絮凝沉降的模拟中。2、应用基于XDLVO理论的LB模型研究

4、了不同粘土矿物的絮凝沉降特性。结果表明，伊利土、高岭土和蒙脱土三种粘土矿物的絮凝能力从强到弱依次排列，模拟结果和已有实验一致。3、模拟分析了水体pH值、硬度、盐度和温度等因素对粘性泥沙絮凝沉降的影响。pH值计算结果表明：pH值对泥沙絮凝的影响趋势与其对泥沙表面电位的影响趋势一致，pH>6时，pH值对絮凝影响不大。水体硬度计算结果表明：低盐度时，硬度对絮凝影响较大，高盐度水体中硬度的影响可以忽略。在实际河口海岸中，水体pH值及硬度对粘性泥沙絮凝的影响可以忽略。盐度计算结果表明：盐度增加会先促进絮凝后抑制絮凝，盐度为5.0ppt左右时泥沙最易絮凝，分析认为盐度

5、对粘性泥沙絮凝的影响主要是通过影响泥沙的粘结概率来实现。对温度的模拟结果表明：温度越高，泥沙越容易絮凝，泥沙群体平均沉降速度越大，这是温度对水体粘性和颗粒间微观作用力影响的综合结果。4、分别应用多层振动格栅和LB模型从实验和数值模拟两个角度研究了紊动对泥沙絮凝的影响。结果表明，粘性泥沙絮凝沉降过程中，水体紊动会影响泥沙浓度历时、泥沙粒度分布、絮团粒径、絮团沉速、絮团有效密度和絮团分形维数等特征。总体来说，水体紊动会先促进絮凝后抑制絮凝，且泥沙絮凝的最佳紊动强度随水体盐度和泥沙浓度略有变化。5、引入扁球体的空间运动方程，建立了可以模拟扁球体粘性泥沙絮凝沉降的

6、LB模型。计算不同雷诺数条件下单颗粒扁球体的沉速、阻力系数对模型进行了验证；从颗粒与流体相互作用角度解释了单颗粒不同运动形态的原因，从水动力和颗粒间微观作用力角度解释了两扁球体不同相对位置对絮凝的影响。关键词：粘性泥沙絮凝矿物种类温度紊动扁球体XDLVO理论ABSTRACTFlocculationprocessesofcohesivesedimentstronglyaffectthesedimenttransport,erosionanddepositioninharborbasinandchannel,andevolutionofestuariesand

7、coasts.However,therearevariousfactorsresponsibleforcohesivesedimentflocculationitself.Therefore,itissosignificanttostudythevariousfactorsontheimpactofcohesivesedimentflocculationandsettlingprocesses,inordertobetterunderstandthemechanismofcohesivesedimentflocculation.BasedontheLatt

8、iceBoltzmann(LB)modelofcohesivese