黏性土的冲刷特性分析方法及测定床面切应力的不同试验方法

各种不同方法的特点在于选择适宜的黏性土参数来描述冲刷特性，以及确定不同边界条件的水流参数，例如床面切应力，断面平均流速等。然后分析水流参数、黏性土参数与冲刷率的关系。对于稳定渠道设计，一般建立临界切应力或临界流速与黏性土参数的关系。

1.以黏性土物理特性为参数

以黏性土物理特性为参数的有：黏土类型，含黏粒的百分比，干容重等。

比如Kuti和Chin—Lienyen通过溢洪道下游冲刷的水槽试验，研究了床面在相同床面切应力下，不同含黏粒百分比，不同孔隙率的冲刷效果。通过尺度分析将无量纲冲刷率ΔV/UBaΔt与无量纲冲刷时间Ut/a，孔隙比e和含黏粒百分比建立起相关关系，其中U为平均流速，V为冲刷体积，t为冲刷时间，a为水深，B为水槽宽度。试验得到的定性结果有：

（1）冲刷量随孔隙比增加而增加［图3（a）］；

（2）冲刷率随含黏比例增加而减少［图3（b）］；

（3）冲刷平衡时冲刷体积随含黏量增加而减少［图3（c）］。

图3　黏性土的物理特性参数与冲刷率的关系

（a）关系；（b）含黏量孔隙比和冲刷率的关系；（c）冲刷平衡体积与含黏百分比的关系

2.以物理化学特性为参数

Ariathurai提出的冲刷率公式中的抗冲系数M值随阳离子交换能力CEC增加而减少的关系见图4（a）；随钠吸收比SAR增加而减少的关系见图4（b）；随水的离子含量增加而增加的关系见图4（c）。(www.xing528.com)

图4　物理化学特性参数与抗冲系数的关系

（a）抗冲系数M和阳离子交换能力CEC的关系；（b）抗冲系数M和钠吸收比SAR的关系；（c）抗冲系数M和水的离子含量的关系

3.以土力学特性为参数

以土力学特性为参数：譬如抗剪强度，流限，塑限，塑性指数等。

Smerdon由11种黏土的水槽试验得出的临界床面切应力τc与塑性指数Ip的关系如图5（a）；τc与含黏粒百分比的关系见图5（b）；Abdel—Rahmann由水槽试验得到的十字板抗剪强度与冲刷时间，冲刷深度的关系见图5（c）。

4.以流变特性为参数

Migniot引进流变参数，建立了临界摩阻流速U*c与宾汉极限剪切力的关系如图6。淤积体之所以具有宾汉体的性质，据称主要由于0.01～0.02mm以下的细颗粒泥沙的影响，这是黏性土有别于散粒体的一个重要特性。

对于床面剪切力的处理，一般都按平均值计算。但Partheniades的循环直水槽试验在横断面中心附近出现了深槽，他解释可能是沿水槽边壁副流产生的结果。

不同的试验测定床面切应力的方法也不同。水槽试验有两种方法，一是按τ=γRJ计算，二是按流速分布由τ/ρ=kydu/dy计算。对小试样试验多数是用弹簧秤直接测定，有的用管流切应力公式计算。