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《清华大学》 2004年
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高浓度粘性沙悬浮体系类凝胶网络的初步研究

梁朝皇  
【摘要】:河流泥沙研究中诸多关于高浓度粘性沙悬浮体系的问题尚未解决。随着我国水利工程建设的发展,水库、港口淤积,河口治理和高含沙水流等问题日益突出,对高浓度粘性沙悬浮体系的研究具有重要意义。 本文在总结国内外关于粘性沙絮凝特性研究的基础上,对高浓度粘性沙悬浮体系类凝胶网络进行了较为系统的试验研究和初步的理论研究。结果表明,高浓度粘性沙悬浮体系的类凝胶网络沉降过程可分为网络发育、群体沉降和压缩密实三个阶段。悬浮体系的初始含沙量、加入的电解质阳离子化合价、电解质强度以及泥沙粒径等是影响类凝胶网络沉降过程的主要因素。利用DLVO理论和分形理论对其影响作用的机理做了初步解释。同时对粘性细颗粒泥沙的碰撞效率系数 进行了计算讨论。 网络沉降过程中絮团相互搭接形成结构,是絮团沉降发展的结果,但又与絮团沉降存在很大的差异。本文结合分形理论,从微观结构层次探讨粘性沙悬浮体系形成类凝胶网络的临界条件,并考虑电解质的影响,提出一种根据絮团分维和颗粒间综合作用力计算悬浮体系形成类凝胶网络临界含沙量的方法。以本研究采用的黄河花园口河滩淤泥为例,根据此方法得到的絮团分维为2.15,颗粒间综合作用力约为nN的量级,发生类凝胶网络沉降的临界含沙量约为100~200kg/m3,折合体积比浓度约3.8~7.7%。且电解质阳离子化合价越高,电解质强度越大,临界浓度越小。 粘性细颗粒泥沙间的粘结具有可逆性,类凝胶网络压缩密实过程实为粘性细颗粒泥沙间键结的破坏-重组,具有蠕变性质,类似于粘性土地基的次固结过程。试验得到的类凝胶网络压缩密实过程曲线和土力学中粘性土地基的次固结沉降过程曲线也相类似,利用同样的半经验的方法,对类凝胶网络的压缩密实模型作了初步的探讨。类凝胶网络的压缩指数约为2~3,远大于粘性土的次固结指数。初步的讨论表明,这种方法是可行的,具体的应用仍有待进一步研究。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TV142

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【引证文献】
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