论文部分内容阅读
摘要：吹填泥浆的沉降过程十分复杂，其中泥面沉降和土颗粒沉降一直是研究的重点，泥浆中的粘粒含量对泥面和土颗粒沉降的影响规律并不明确。选取三种不同粘粒含量的泥浆，室内沉降试验采用一种改进的分层抽取法，先得到土颗粒的体积分布规律，再利用体积通量函数方法计算不同粒组颗粒平均沉速。结果表明，粘粒含量与泥面沉速基本符合线性关系；沉降1-7小时内，干涉沉降区内土颗粒沉速远小于Stokes公式沉速计算值，颗粒沉速分别与颗粒直径的0.0663、0.1242和0.1704次方有关；泥浆中各粒组颗粒的沉速随粘粒含量的增加而减小，提出粘粒含量与颗粒沉速的拟合关系式：
关键词：吹填泥浆；粘粒含量；Stokes；泥面沉降；土颗粒沉降
【分类号】：TU502
1引言
我国是一个多湖泊河流的国家，这些湖泊、河流每年都有大量的泥沙沉积，堵塞航道。为了解决这一问题，传统的处理方法是水力疏挖，将泥沙输送至堆场。堆场内的泥沙颗粒在自重作用下发生沉降-固结，上层积水作为尾水进行排放。由于各地泥沙种类和性质的差异，吹填泥浆中的粘粒含量（小于5um的土颗粒体积占总体积的百分比）往往也有较大的差异。在将其吹淤进入堆场的过程中，粘粒含量的不同必定会影响堆场中吹填泥浆的泥面和不同粒径土颗粒的沉降规律。因此，研究粘粒含量对堆场中吹填泥浆的泥面和土颗粒沉降的影响规律就显得十分必要，这对于堆场设计等方面也具有重要的工程意义。
针对泥浆泥面沉降和土颗粒沉降，国内很多学者已经开展了大量的理论和试验研究。通常采用室内沉降住方法，主要关注土颗粒沉速和泥面沉速。Stokes公式[1]是目前最经典的单颗粒沉速公式；在泥面沉速方面，最常用的是修正过的Richardson-Zaki公式[2]。沙玉清[3]、费祥俊[4]等人也从不同角度研究得出了泥面沉速公式。但是，相对于这些理论的研究对象以河流泥沙为主而言，而吹填泥浆的浓度较高，颗粒较细，沉降过程中颗粒之间的相互干扰要强烈的多，与此同时，粘粒含量也会对吹填泥浆的泥面和土颗粒沉降产生一定影响，这些都会影响计算公式的选取和参数的确定，成为本文研究的重点。
本文采用室内大型沉降住试验方法，选取三种不同粘粒含量的泥浆进行试验。首先通过分层抽取方法[8]得到不同沉降时间的土颗粒体积垂向分布规律。再利用提出的体积通量函数方法计算土颗粒平均沉速。通过将泥面沉降、土颗粒沉降的试验值和利用Stokes公式、Richardson-Zaki公式的计算值进行对比，从而得到粘粒含量对吹填泥浆泥面和土颗粒沉降的影响规律。
2试验材料和方法
2.1试验材料
室内沉降试验淤泥取广州某河涌淤泥。按照国家标准《土工试验方法标准》（GBT50123-1999）测定淤泥基本物理性质如表1，淤泥颗粒级配曲线如图1：
试验
材料
比重Gs
液限WL（%）
塑限WP（%）
粘粒含量（%）
有机质含量
（%）
淤泥
2.65
61
25
34.62
0.87
2.2试验方法
本文试验采用分层抽取法[8]的试验装置和方法。沉降柱由高0.8m，内径为0.1m的有机玻璃柱构成。将淤泥加自来水调制，使其成为初始含水率为735%的泥浆，调整其粘粒含量分别为34.62%、41.76%、54.90%，编号为T1、T2、T3。泥浆注入沉降柱开始计时，初始泥浆高度为0.76m。分层取样时间为1、4、7、13.5小时。具体试验步骤如下：①准备4个上述有机玻璃沉降柱；②将上述淤泥搅拌成均匀泥浆倒入沉降柱，每隔半小时记录泥面位置，待到达分层取样时间点，利用真空泵和吸盘将上覆清水一次抽出；③自上而下抽取第一层淤泥至烧瓶中，每层厚度为0.03m，取样速度为3cm/min；④将烧瓶中抽取的第一层淤泥取出，部分放入烘箱105oC烘干，测定含水率，部分利用马尔文激光颗分仪测定该层淤泥的颗粒级配；⑤重复步骤3和4，可以得到对应4个时间点的每层淤泥的含水率和颗粒级配，分层取样装置如图2所示。
3体积通量函数计算颗粒平均沉速
3.1计算公式和模型
本文利用体积通量函数方法计算泥浆中土颗粒的平均沉速，计算公式如式（1）、（2）所示。
（1）
（2）
式中为体积通量函数，m3/s；为颗粒体积，m3；为颗粒平均沉速，m/s；为沉积断面面积，m2；为液面下降层数；为颗粒体积浓度，%。计算模型如图3所示。
3.2计算步骤
①由于分层抽取得到了各个断面上颗粒的质量、大小的数据。利用公式（1）计算t0和t1时刻最底层不同粒组固相体积含量，通过对比得到t0到t1时段内进入最底层的各粒组的固相体积
②利用公式（2）计算t0至t1时间段内穿过最底层断面该粒组颗粒的平均沉速
③依次向上一层计算，可以得到各个粒组通过每个断面的平均沉速和不同时段内的平均沉速
4结果
4.1泥面沉降与粘粒含量
三组试验的泥面位置随时间的变化如图4所示，泥面沉速与时间的关系如图5所示。可以看出，泥面位置出现的A1、A2、B、C三个拐点与泥面沉速出现的A1’、A2’、B’、C’三个拐点的时间基本一致。泥面沉降出现两种模式：①当粘粒含量较低时，泥面沉降只出现一个拐点，拐点之前，泥浆自上而下会形成上覆水、干涉沉降区和固结区，泥面的沉降是干涉沉降区中土颗粒沉降的结果；拐点之后，干涉沉降区消失，泥面沉降完全是土体自重固结压缩的结果。②当粘粒含量较高时，泥面沉降出现两个拐点，在第一个拐点之前，泥浆中大量的细颗粒以絮凝为主，属于絮凝沉降，此时泥面沉降十分缓慢，随后的沉降过程与第一种模式相似。 由图5还可以看出，上述两种模式的泥面沉速随时间的变化也呈现不同的规律。当粘粒含量较低时，泥面沉速随时间略有增大，到达拐点后，沉速急剧减小；当粘粒含量较高时，第一个拐点前的泥面沉速很小，随后快速增大至第二个拐点，再迅速减小。延长沉速趋势线，三组试验的泥面沉速最终趋于一致。
4.2土颗粒沉速与粘粒含量
根据之前对泥浆中土颗粒沉降-固结规律的研究结果，土颗粒在由干涉沉降区进入固结区时，颗粒沉速骤然减小，出现速度拐点，将此点作为干涉沉降区和固结区的界限。将试验1-7h内处于干涉沉降区的土颗粒粒径与沉速的关系进行整理。由于实测的粒径是一个范围，则以平均粒径表示，分别是2.5um、17.5um、52.5um、137.5um、250um。将利用Stokes公式计算得到的颗粒沉速与粒径的关系绘制在同一张图上，得到的关系见图6。
从图6中可以看出，三组试验中，颗粒沉速随颗粒粒径的增大略有增加；相同粒径下，泥浆粘粒含量越低，颗粒沉速越大，但沉速差异很小。比较发现，Stokes计算的沉速远远大于实际测定的颗粒沉速，而且沉速差值随粒径的增加显著增大。
将三组试验的颗粒沉速与粒径的关系用指数函数进行拟合，能得到较好的指数关系。随粘粒含量的降低，系数a逐渐增大，指数b逐渐减小。实际上Stokes公式中粒径-沉速关系也是一个指数关系，沉速受到粒径2次方的影响，但本次拟合的关系中的颗粒沉速分别与颗粒粒径的0.0663、0.1242和0.1704次方有关，比Stokes的理论公式要小的多。
5讨论
5.1粘粒含量对泥面沉降的影响
国内外目前关于粘性泥沙泥面沉速的研究以探寻泥沙初始体积浓度和单颗粒静水沉速之间的关系为主要途径，最常见的是修正过的Richardson-Zaki公式：
（3）
利用Richardson-Zaki公式计算三组试验泥面沉速，m值一般在4.6-5.5之间 ，本文取m=4.7；取泥浆土颗粒中值粒径带入Stokes公式计算。利用同一种泥浆进行试验，n值反映的是泥浆中土颗粒沉降过程中的结构系数，将利用公式（3）计算的泥面位置随时间的变化曲线与试验得到的曲线进行对比，如图7所示。
由图7可以看出，针对本文试验用泥浆，当n分别取6.3、7.5和7.9时，计算值与试验值吻合较好， n值随粘粒含量的降低而增大，且变化范围较大。黄建维[5]曾对新港、连云港淤泥研究计算泥面沉速，他认为n取值为8.9时比较合适，与本文结果有所差异。这是因为泥浆种类和粘粒含量的不同会导致处于干涉沉降区中土颗粒群体的结构不同，而泥面沉降又是干涉沉降区中土颗粒或絮团沉降的结果[7]。当泥浆粘粒含量较低时，泥浆中细颗粒的絮凝作用较小，絮团个数较少，絮团沉降过程中絮团之间的相互作用较小，n值较大；当泥浆粘粒含量提高时，由于细颗粒体积浓度的增加，使絮团个数增加，絮团沉降时受到的相邻絮团的阻滞作用较大，n值减小；粘粒含量进一步提高，在沉降初期土颗粒以絮凝为主，絮团个数继续增加，泥面沉降十分缓慢，随后发生干涉沉降，但絮团之间的相互干扰和向上水流对絮团沉降的扰动更加强烈，此时n值进一步减小。因此，结构系数n是随着泥浆粘粒含量的变化而变化，进而影响泥面的沉降规律。进一步将泥浆粘粒含量与结构系数n和泥面沉速的关系绘制在一张图上，见图8。
由图8可以看出，将粘粒含量与结构系数n和泥面沉速关系进行拟合，都能得到较好的线性关系。当泥浆粘粒含量为100%时，结构系数n=2.75。根据粘粒含量和泥面沉速的拟合关系，提出粘粒含量影响泥面沉降规律的关系式：
（4）
由式（4）看出，当粘粒含量为76.984%时，泥面沉速为0。
5.2粘粒含量对颗粒沉降的影响
现将图6中颗粒沉速与粒径三个拟合公式中的系数a和指数b与泥浆粘粒含量的关系进行整理，如图9所示。可以看出，系数a和指数b与泥浆粘粒含量呈较好的线性关系，当粘粒含量为76.164%时，系数a=0，土颗粒沉速为0，这与公式（4）中泥面沉速为0时的粘粒含量76.984%基本相同。当粘粒含量为19.379%时，指数b=0，颗粒沉速等于0.01*10-6m/s，与粒径无关。
根据以上两组线性拟合关系，将系数a和指数b与粘粒含量的关系式带入指数函数。提出泥浆中土颗粒沉速与粘粒含量的关系式：
（5）
取4.2节中5种颗粒平均粒径带入上式分析粘粒含量对颗粒沉速的影响规律，见图10。可以看出，颗粒沉速随粒径增加而增大，这与粘粒含量无关，与Stokes定律一致。但随着粘粒含量的升高，各个粒径颗粒的沉速均不断减小，不同粒径颗粒的沉速差异先增大再减小。
1851年，根据固体颗粒在液体中的受力分析，斯托克斯[1]首次推导并提出单个球形颗粒在牛顿液体中做层流沉降时的颗粒沉速计算公式：
（6）
显然，Stokes公式是一个指数函数，针对本文试验用泥，其中系数a=0.0011，指数b=2，其中系数a与本文三组试验差异不大，而指数b却远大于本文的三组试验。实际上，当泥浆含水率一定时，可以认为是干涉沉降区内泥浆粘粒含量的不同影响了其中土颗粒的沉速。一方面，泥浆浓度较高，其中的土颗粒占据了大部分体积，颗粒在沉降过程中置换水体向上流动十分强烈，这种向上的流动阻碍了土颗粒的沉降；另一方面，随着泥浆粘粒含量的增大，细颗粒体积增加，粗颗粒体积减小，絮凝作用更加显著，在沉降过程中由于电分子力作用和离子交换作用会相互碰撞、搭接形成絮团，絮团之间又会相互碰撞，形成更大的絮团或被向上的水流剪切成为单个颗粒，沉降过程十分复杂，这些作用都会阻滞土颗粒或絮团的下沉。因此，干涉区内泥浆粘粒含量越高，上述几种作用对颗粒或絮团沉降的阻碍作用越强。
6结论
（1）吹填泥浆粘粒含量的不同使干涉沉降区内土颗粒群体的结构不同，从而影响泥面的沉降规律；含水率与泥面沉速关系为：
（2）干涉沉降区内土颗粒沉速随泥浆粘粒含量的减少而增加；说明了泥浆中粘粒含量越高，颗粒沉降过程中受到絮凝、碰撞、水体的向上流动等综合阻碍作用越强。
（3）三组试验中，干涉区内土颗粒沉速与粒径均显示较好的指数关系，但沉速远小于Stokes沉速公式的计算值，颗粒沉速分别与粒径的0.0663、0.1242和0.1704次方有关。
（4）泥浆中土颗粒沉速随粘粒含量的增加不断减小；本文提出泥浆中土颗粒沉速与粘粒含量的关系式：
参 考 文 献
[1] Stokes G G. On the Effect of the Internet Friction of Fluids on the Motion of Pendulums. Trans. Cambridge Philo. Soc. 1851，9（2）；89-106
[2] Richardson ，J . F. and Zaki ，W.N. ，Sedimentation and fluidisation ，Part I ，Trans. Chem. Engrs.Vol. 32 ，No. 1，1954，35 - 53.
[3] 沙玉清. 泥沙运动学引论（修订本） [M]. 西安：陕西科学技术出版社，1996.
[4] 费祥俊. 泥沙的群体沉降——两种典型情况下非均匀沙沉速计算[ J] . 泥沙研究， 1992， （ 3） ： 11～ 19.
[5] 黄建维. 粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究[J]. 泥沙研究，1981，（2）：31-40.
关键词：吹填泥浆；粘粒含量；Stokes；泥面沉降；土颗粒沉降
【分类号】：TU502
1引言
我国是一个多湖泊河流的国家，这些湖泊、河流每年都有大量的泥沙沉积，堵塞航道。为了解决这一问题，传统的处理方法是水力疏挖，将泥沙输送至堆场。堆场内的泥沙颗粒在自重作用下发生沉降-固结，上层积水作为尾水进行排放。由于各地泥沙种类和性质的差异，吹填泥浆中的粘粒含量（小于5um的土颗粒体积占总体积的百分比）往往也有较大的差异。在将其吹淤进入堆场的过程中，粘粒含量的不同必定会影响堆场中吹填泥浆的泥面和不同粒径土颗粒的沉降规律。因此，研究粘粒含量对堆场中吹填泥浆的泥面和土颗粒沉降的影响规律就显得十分必要，这对于堆场设计等方面也具有重要的工程意义。
针对泥浆泥面沉降和土颗粒沉降，国内很多学者已经开展了大量的理论和试验研究。通常采用室内沉降住方法，主要关注土颗粒沉速和泥面沉速。Stokes公式[1]是目前最经典的单颗粒沉速公式；在泥面沉速方面，最常用的是修正过的Richardson-Zaki公式[2]。沙玉清[3]、费祥俊[4]等人也从不同角度研究得出了泥面沉速公式。但是，相对于这些理论的研究对象以河流泥沙为主而言，而吹填泥浆的浓度较高，颗粒较细，沉降过程中颗粒之间的相互干扰要强烈的多，与此同时，粘粒含量也会对吹填泥浆的泥面和土颗粒沉降产生一定影响，这些都会影响计算公式的选取和参数的确定，成为本文研究的重点。
本文采用室内大型沉降住试验方法，选取三种不同粘粒含量的泥浆进行试验。首先通过分层抽取方法[8]得到不同沉降时间的土颗粒体积垂向分布规律。再利用提出的体积通量函数方法计算土颗粒平均沉速。通过将泥面沉降、土颗粒沉降的试验值和利用Stokes公式、Richardson-Zaki公式的计算值进行对比，从而得到粘粒含量对吹填泥浆泥面和土颗粒沉降的影响规律。
2试验材料和方法
2.1试验材料
室内沉降试验淤泥取广州某河涌淤泥。按照国家标准《土工试验方法标准》（GBT50123-1999）测定淤泥基本物理性质如表1，淤泥颗粒级配曲线如图1：
试验
材料
比重Gs
液限WL（%）
塑限WP（%）
粘粒含量（%）
有机质含量
（%）
淤泥
2.65
61
25
34.62
0.87
2.2试验方法
本文试验采用分层抽取法[8]的试验装置和方法。沉降柱由高0.8m，内径为0.1m的有机玻璃柱构成。将淤泥加自来水调制，使其成为初始含水率为735%的泥浆，调整其粘粒含量分别为34.62%、41.76%、54.90%，编号为T1、T2、T3。泥浆注入沉降柱开始计时，初始泥浆高度为0.76m。分层取样时间为1、4、7、13.5小时。具体试验步骤如下：①准备4个上述有机玻璃沉降柱；②将上述淤泥搅拌成均匀泥浆倒入沉降柱，每隔半小时记录泥面位置，待到达分层取样时间点，利用真空泵和吸盘将上覆清水一次抽出；③自上而下抽取第一层淤泥至烧瓶中，每层厚度为0.03m，取样速度为3cm/min；④将烧瓶中抽取的第一层淤泥取出，部分放入烘箱105oC烘干，测定含水率，部分利用马尔文激光颗分仪测定该层淤泥的颗粒级配；⑤重复步骤3和4，可以得到对应4个时间点的每层淤泥的含水率和颗粒级配，分层取样装置如图2所示。
3体积通量函数计算颗粒平均沉速
3.1计算公式和模型
本文利用体积通量函数方法计算泥浆中土颗粒的平均沉速，计算公式如式（1）、（2）所示。
（1）
（2）
式中为体积通量函数，m3/s；为颗粒体积，m3；为颗粒平均沉速，m/s；为沉积断面面积，m2；为液面下降层数；为颗粒体积浓度，%。计算模型如图3所示。
3.2计算步骤
①由于分层抽取得到了各个断面上颗粒的质量、大小的数据。利用公式（1）计算t0和t1时刻最底层不同粒组固相体积含量，通过对比得到t0到t1时段内进入最底层的各粒组的固相体积
②利用公式（2）计算t0至t1时间段内穿过最底层断面该粒组颗粒的平均沉速
③依次向上一层计算，可以得到各个粒组通过每个断面的平均沉速和不同时段内的平均沉速
4结果
4.1泥面沉降与粘粒含量
三组试验的泥面位置随时间的变化如图4所示，泥面沉速与时间的关系如图5所示。可以看出，泥面位置出现的A1、A2、B、C三个拐点与泥面沉速出现的A1’、A2’、B’、C’三个拐点的时间基本一致。泥面沉降出现两种模式：①当粘粒含量较低时，泥面沉降只出现一个拐点，拐点之前，泥浆自上而下会形成上覆水、干涉沉降区和固结区，泥面的沉降是干涉沉降区中土颗粒沉降的结果；拐点之后，干涉沉降区消失，泥面沉降完全是土体自重固结压缩的结果。②当粘粒含量较高时，泥面沉降出现两个拐点，在第一个拐点之前，泥浆中大量的细颗粒以絮凝为主，属于絮凝沉降，此时泥面沉降十分缓慢，随后的沉降过程与第一种模式相似。 由图5还可以看出，上述两种模式的泥面沉速随时间的变化也呈现不同的规律。当粘粒含量较低时，泥面沉速随时间略有增大，到达拐点后，沉速急剧减小；当粘粒含量较高时，第一个拐点前的泥面沉速很小，随后快速增大至第二个拐点，再迅速减小。延长沉速趋势线，三组试验的泥面沉速最终趋于一致。
4.2土颗粒沉速与粘粒含量
根据之前对泥浆中土颗粒沉降-固结规律的研究结果，土颗粒在由干涉沉降区进入固结区时，颗粒沉速骤然减小，出现速度拐点，将此点作为干涉沉降区和固结区的界限。将试验1-7h内处于干涉沉降区的土颗粒粒径与沉速的关系进行整理。由于实测的粒径是一个范围，则以平均粒径表示，分别是2.5um、17.5um、52.5um、137.5um、250um。将利用Stokes公式计算得到的颗粒沉速与粒径的关系绘制在同一张图上，得到的关系见图6。
从图6中可以看出，三组试验中，颗粒沉速随颗粒粒径的增大略有增加；相同粒径下，泥浆粘粒含量越低，颗粒沉速越大，但沉速差异很小。比较发现，Stokes计算的沉速远远大于实际测定的颗粒沉速，而且沉速差值随粒径的增加显著增大。
将三组试验的颗粒沉速与粒径的关系用指数函数进行拟合，能得到较好的指数关系。随粘粒含量的降低，系数a逐渐增大，指数b逐渐减小。实际上Stokes公式中粒径-沉速关系也是一个指数关系，沉速受到粒径2次方的影响，但本次拟合的关系中的颗粒沉速分别与颗粒粒径的0.0663、0.1242和0.1704次方有关，比Stokes的理论公式要小的多。
5讨论
5.1粘粒含量对泥面沉降的影响
国内外目前关于粘性泥沙泥面沉速的研究以探寻泥沙初始体积浓度和单颗粒静水沉速之间的关系为主要途径，最常见的是修正过的Richardson-Zaki公式：
（3）
利用Richardson-Zaki公式计算三组试验泥面沉速，m值一般在4.6-5.5之间 ，本文取m=4.7；取泥浆土颗粒中值粒径带入Stokes公式计算。利用同一种泥浆进行试验，n值反映的是泥浆中土颗粒沉降过程中的结构系数，将利用公式（3）计算的泥面位置随时间的变化曲线与试验得到的曲线进行对比，如图7所示。
由图7可以看出，针对本文试验用泥浆，当n分别取6.3、7.5和7.9时，计算值与试验值吻合较好， n值随粘粒含量的降低而增大，且变化范围较大。黄建维[5]曾对新港、连云港淤泥研究计算泥面沉速，他认为n取值为8.9时比较合适，与本文结果有所差异。这是因为泥浆种类和粘粒含量的不同会导致处于干涉沉降区中土颗粒群体的结构不同，而泥面沉降又是干涉沉降区中土颗粒或絮团沉降的结果[7]。当泥浆粘粒含量较低时，泥浆中细颗粒的絮凝作用较小，絮团个数较少，絮团沉降过程中絮团之间的相互作用较小，n值较大；当泥浆粘粒含量提高时，由于细颗粒体积浓度的增加，使絮团个数增加，絮团沉降时受到的相邻絮团的阻滞作用较大，n值减小；粘粒含量进一步提高，在沉降初期土颗粒以絮凝为主，絮团个数继续增加，泥面沉降十分缓慢，随后发生干涉沉降，但絮团之间的相互干扰和向上水流对絮团沉降的扰动更加强烈，此时n值进一步减小。因此，结构系数n是随着泥浆粘粒含量的变化而变化，进而影响泥面的沉降规律。进一步将泥浆粘粒含量与结构系数n和泥面沉速的关系绘制在一张图上，见图8。
由图8可以看出，将粘粒含量与结构系数n和泥面沉速关系进行拟合，都能得到较好的线性关系。当泥浆粘粒含量为100%时，结构系数n=2.75。根据粘粒含量和泥面沉速的拟合关系，提出粘粒含量影响泥面沉降规律的关系式：
（4）
由式（4）看出，当粘粒含量为76.984%时，泥面沉速为0。
5.2粘粒含量对颗粒沉降的影响
现将图6中颗粒沉速与粒径三个拟合公式中的系数a和指数b与泥浆粘粒含量的关系进行整理，如图9所示。可以看出，系数a和指数b与泥浆粘粒含量呈较好的线性关系，当粘粒含量为76.164%时，系数a=0，土颗粒沉速为0，这与公式（4）中泥面沉速为0时的粘粒含量76.984%基本相同。当粘粒含量为19.379%时，指数b=0，颗粒沉速等于0.01*10-6m/s，与粒径无关。
根据以上两组线性拟合关系，将系数a和指数b与粘粒含量的关系式带入指数函数。提出泥浆中土颗粒沉速与粘粒含量的关系式：
（5）
取4.2节中5种颗粒平均粒径带入上式分析粘粒含量对颗粒沉速的影响规律，见图10。可以看出，颗粒沉速随粒径增加而增大，这与粘粒含量无关，与Stokes定律一致。但随着粘粒含量的升高，各个粒径颗粒的沉速均不断减小，不同粒径颗粒的沉速差异先增大再减小。
1851年，根据固体颗粒在液体中的受力分析，斯托克斯[1]首次推导并提出单个球形颗粒在牛顿液体中做层流沉降时的颗粒沉速计算公式：
（6）
显然，Stokes公式是一个指数函数，针对本文试验用泥，其中系数a=0.0011，指数b=2，其中系数a与本文三组试验差异不大，而指数b却远大于本文的三组试验。实际上，当泥浆含水率一定时，可以认为是干涉沉降区内泥浆粘粒含量的不同影响了其中土颗粒的沉速。一方面，泥浆浓度较高，其中的土颗粒占据了大部分体积，颗粒在沉降过程中置换水体向上流动十分强烈，这种向上的流动阻碍了土颗粒的沉降；另一方面，随着泥浆粘粒含量的增大，细颗粒体积增加，粗颗粒体积减小，絮凝作用更加显著，在沉降过程中由于电分子力作用和离子交换作用会相互碰撞、搭接形成絮团，絮团之间又会相互碰撞，形成更大的絮团或被向上的水流剪切成为单个颗粒，沉降过程十分复杂，这些作用都会阻滞土颗粒或絮团的下沉。因此，干涉区内泥浆粘粒含量越高，上述几种作用对颗粒或絮团沉降的阻碍作用越强。
6结论
（1）吹填泥浆粘粒含量的不同使干涉沉降区内土颗粒群体的结构不同，从而影响泥面的沉降规律；含水率与泥面沉速关系为：
（2）干涉沉降区内土颗粒沉速随泥浆粘粒含量的减少而增加；说明了泥浆中粘粒含量越高，颗粒沉降过程中受到絮凝、碰撞、水体的向上流动等综合阻碍作用越强。
（3）三组试验中，干涉区内土颗粒沉速与粒径均显示较好的指数关系，但沉速远小于Stokes沉速公式的计算值，颗粒沉速分别与粒径的0.0663、0.1242和0.1704次方有关。
（4）泥浆中土颗粒沉速随粘粒含量的增加不断减小；本文提出泥浆中土颗粒沉速与粘粒含量的关系式：
参 考 文 献
[1] Stokes G G. On the Effect of the Internet Friction of Fluids on the Motion of Pendulums. Trans. Cambridge Philo. Soc. 1851，9（2）；89-106
[2] Richardson ，J . F. and Zaki ，W.N. ，Sedimentation and fluidisation ，Part I ，Trans. Chem. Engrs.Vol. 32 ，No. 1，1954，35 - 53.
[3] 沙玉清. 泥沙运动学引论（修订本） [M]. 西安：陕西科学技术出版社，1996.
[4] 费祥俊. 泥沙的群体沉降——两种典型情况下非均匀沙沉速计算[ J] . 泥沙研究， 1992， （ 3） ： 11～ 19.
[5] 黄建维. 粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究[J]. 泥沙研究，1981，（2）：31-40.