第二节 淤积历时对干密度变化的影响

试验用沙主要有两类，即黄河花园口淤泥和长江细颗粒泥沙。在自然状态下风干后黄河花园口淤泥呈团状物，长江细颗粒泥沙呈片状物，其中两类黏性细颗粒泥沙通过筛分和沉降分选处理后共得到试验用沙六组，各组试验沙样的级配曲线见图2-4，各组试验沙样的特征值见表2-1。可以看出，黄河花园口淤泥的主要矿物成分与长江细颗粒泥沙的主要矿物成分有所不同，黄河花园口淤泥比长江细颗粒泥沙要细一些，相应黏性含量也要高。各组试验沙样的密度在2.65～2.7t/m³之间，中值粒径在0.008～0.12mm之间，通常天然河流中黏性细颗粒泥沙都在这个范围之内，并且长江细颗粒泥沙经分选处理后级配比较均匀，有利于试验的控制及试验精度的提高。

图2-4 试验用沙级配曲线

为掌握泥沙干密度在淤积过程中的变化，对试验沙样同步进行量筒沉淀观测，见图2-5。具体方法是：称取300g试验沙样置入量筒，加水至1000mL，充分搅拌后静置，直至泥沙体积相对稳定，然后开始观察沙样经过不同淤积时间后的体积，经过计算则可得到泥沙干密度随淤积历时变化关系。

表2-1 试验沙样特征值

图2-5 泥沙干密度观察试验

图2-6是量筒沉淀法中淤积物干密度随淤积历时的变化情况。同一粒径下，淤积物干密度随淤积历时的延长而增加并逐渐趋于稳定，相同淤积历时条件下，淤积物干密度随粒径的增加而增加。粒径不同，淤积固结过程中干密度趋于稳定所需淤积历时也不同，干密度的变化范围也不同。在试验范围内各组试验沙样淤积固结过程中干密度的变化特征见表2-2和表2-3。

图2-6 黏性泥沙干密度随淤积历时的变化

表2-2 黄河花园口淤泥干密度变化特征

表2-3 长江细颗粒泥沙干密度变化特征

就长江细颗粒泥沙而言，粒径稍粗，黏性含量较低，在量筒内搅拌均匀后不久即形成一个清浑分界面，群体沉降过程中分界面下降较快，黏性泥沙从群体沉降进入到密实固结阶段所需历时较短，进入密实固结阶段的初始干密度均大于1g/cm³，在整个固结密实过程中干密度已基本稳定，干密度变化范围不大；而对黄河黏性泥沙来讲，粒径较细，黏性含量较高，所以从群体沉降进入到密实固结阶段需要的时间更长，并且进入密实固结阶段的初始干密度均小于0.8g/cm³，在整个固结密实过程中干密度还未稳定，干密度变化范围较大。故粒径越细、黏性含量越高，则淤积固结过程中淤积物初期干密度越小，干密度变化范围越大，干密度趋于稳定所需的固结历时就越长，这是造成黏性泥沙在淤积固结过程中干密度变化差异的主要内部原因。因此考虑淤积固结过程中黏性泥沙干密度变化时区分不同的泥沙粒径及泥沙类型就更符合淤积固结的实际情况。

为分析黏性沙含量对淤积过程干密度变化的影响，将A、D组泥沙分别以质量比1：5和1：2混合成新的组次G、H并进行更长时间的淤积试验。试验结果见图2-7。

从图2-7中可以看出，在淤积初期，泥沙密实较快，干密度迅速增加，经过一定时间后逐渐趋于稳定。根据试验测得的干密度资料，可以认为本试验的各组泥沙在经过377d淤积之后，达到淤积稳定状态。干密度随淤积时间的变化采用以下公式：

图2-7 干密度随淤积时间变化

式中：γ₀为未经淤积固结的起始干密度；γ_d为稳定干密度，这里采用经最长时间淤积后的干密度值；t为固结时间；n的取值取决于泥沙的组成。

式（2-9）各参数的取值见表2-4，式（2-9）计算值与实测值的比较见图2-8。

表2-4 式（2-9）中各参数的取值

图2-8 式（2-9）计算值与实测值比较