在河流与海洋交界的河口地区,存在着大量的粘性泥沙,我国大陆的海岸线约有25%为淤泥质海岸,长江、黄河、海河等大河河口也皆以粘性泥沙为主,粘性泥沙絮凝沉降及输移过程对于港口航道的冲淤过程乃至河口海岸演变等都有重要影响,因此对粘性泥沙絮凝机理及沉降规律的研究对于更好的解决河道整治与维护、水库与港口航道淤积、水体生态环境的保护与治理以及滩涂的发育等一系列问题及经济的可持续发展具有重要指导意义。本文基于自行设计的粘性泥沙沉降试验平台,利用图像处理与编程软件,结合吸附等温方程,推导出了含有电解质浓度参数的粘性泥沙群体沉速公式,同时利用耗散粒子动力学方法对粘性泥沙的絮凝过程进行了数值模拟,模拟静水及紊动水流条件下粘性泥沙的絮团形态,探究了不同因素影响下粘性泥沙的絮凝机理。本文的研究内容及结论如下:(1)基于自行设计的粘性泥沙沉降试验平台,引入Image-Pro Plus图像处理软件与MATLAB编程软件,采用自动定义阈值与盒计维数计算方法,得到了不同泥沙浓度及电解质浓度下的絮凝体孔隙率ε与分形维数D;结合吸附等温方程,建立了含有电解质浓度参数的粘性细沙絮凝体的沉速公式,并用实测沉速值对本文公式进行了验证,结果表明,计算值与实测值符合良好。(2)基于介观尺度下的耗散粒子动力学方法,通过构造作用力场势函数,模拟计算了不同电荷量及泥沙浓度条件下粘性泥沙的絮凝过程,得到了在范德华力、静电力以及氢键力作用下,负电性泥沙颗粒絮团的形成过程及三维结构形态。结果表明:在颗粒粘结过程中,絮团颗粒数目增大,非键能与分形维数呈减小趋势;泥沙负电荷量较高时的絮团分形维数大于较低电荷量时絮团分形维数;泥沙颗粒表面的负电荷量越大,形成絮团的时间越长,非键能越大;絮团内部非键能的变化是导致絮团外部形态变化的内在原因;随着体系内粘性沙浓度的增大,最终体系中絮团个数减小,絮团结构更为密实;不同泥沙浓度条件下,粘性沙颗粒粘结过程中非键能均呈减小趋势。(3)基于介观尺度下的耗散粒子动力学方法,建立了包含力场势函数的均匀各向同性的紊流模型。结果表明:随着剪切率的增大,体系中絮团初始出现的时间先急剧减小,后经短暂平稳过渡,又迅速增大,最后基本保持不变;水体剪切率较小时,非键能减小速度较快,随着剪切率进一步增大,非键能减小速度逐渐变缓,体系稳定性逐渐降低;当剪切率较小时,絮团形态更为致密,分形维数逐渐增大;随着剪切率的进一步增大,伴随有多个小絮团出现,分形维数逐渐减小,最终保持在1.12左右;在紊动剪切条件下,体系中絮团一直处于碰撞、絮凝、破碎的动态过程。