Page 77 - 水利学报2021年第52卷第3期

粒和黏性细颗粒的微团为主，无黏性颗粒粒径越大，混合土体起动时微团的直径越大，混合土体起
动时的阻力越大，起动切应力越大。
从图 5 中可以看出砂土（d =1.5 mm）-粉质黏土混合物的起动切应力随粉质黏土含量的增大而增
s
大，当 p =0%时，砂土（d =1.5 mm）-粉质黏土混合物的起动切应力取最小值，这一变化规律与 Van
sc
s
［23］ ［2］ ［24］ ［10］ ［25］ ［26］
Ledden 、Kothyari 等 、Ahmad 等 以及 Ye 等 的研究结果一致，而 Torfs 等 和 Barry 等 的研究
结果显示砂土-黏性土混合物的冲刷速率随黏性颗粒含量的增大先减小后增大。图 5 表明，两种砾
石-粉质黏土混合物的起动切应力随粉质黏土含量的增大先减小后增大，当 p =20%时，两种砾石-粉
sc
质黏土混合物的起动切应力取最小值。
分析无黏性颗粒起动时的受力情况。假设颗粒以滚动的形式起动，颗粒受力情况如图 6 所示。

图 5 三种混合土体起动切应力变化规律 图 6 无黏性颗粒起动时受力

作用在颗粒 A 上的力包括：水流的推动力（F ），由于水流不均匀而产生的上举力（F l ），颗粒浮
d
［7，27］
重度（W）以及颗粒之间的黏结力（F ，F ，……，F ） 。颗粒 A 起动的瞬间，满足以 O 点为力矩点
cn
s
c2
c1
的力矩平衡：
F l + F l = W l + M c （2）
d
d
s w
l l
式中： l 、 l 、 l 分别为水流推动力、上举力和浮重度的力臂； M 为颗粒 A 与周围颗粒之间黏结力
w
c
l
d
的力矩。
水流推动力、上举力和浮重度的表达式分别为：
F = C ρ a d u 2 （3）
2
s
d
d
w 1
F = C ρ a d u 2 （4）
2
s
w
l
l
2
W = ( ρ - ρ w ) ga d s 3 （5）
s
s
3
式中： C 为水流推动力的系数； C 为上举力的系数；ρ 为无黏性颗粒的密度； a d 为水流推动力
2
1 s
s
d
l
3
的作用面积， a 是系数； a d 为上举力的作用面积， a 是系数； a d 为无黏性颗粒的体积， a 是
2
1 2 s 2 3 s 3
系数。
图 7 粉质黏土含量 20%，砂土（d s=1.5mm）-粉质黏土混合物
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