1.研究现状

关于动水中群体抛投砂砾石级配料的漂移特性研究，目前尚未见报道。多是考虑到多沙水流的挟沙特性对泥沙沉降的影响，主要表现为絮凝现象的出现和泥沙颗粒之间的相互作用。

球体沉降理论及试验研究阐明的滞流区和紊流区的阻力规律对于泥沙适用，同样也适用于砂砾石料及其模拟料沉降。滞流区的阻力与ργdω成比例，紊流区的阻力与ρd2ω2成比例。张瑞瑾在研究泥沙的静水沉降问题时，根据阻力叠加原则分析泽格日达、拉普辛索、德里等的成果在过渡区泥沙颗粒沉降速度为

式中：γs、γ分别为砂砾石与水的重度。

该式虽然系根据过渡区的情况推导而来，但经过实测资料验证可同时满足滞流区、紊流区以及过渡区的要求。当粒径增大时属于滞性阻力的因素会逐渐减小，等到粒径d大到一定尺寸后，滞性因素的影响可以完全忽略不计，只有紊动阻力的因素起决定作用。当d减小时情况则相反。根据张瑞瑾的成果：在滞流区（Red＜0.5或常温下d＜0.1mm），；在紊流区（Red＞1000或常温下d＞4mm），ω=。而冈恰洛夫则认为

另一方面从群体沉降观点来看，以往的研究多是从泥沙的角度，考虑高含沙浑水中由于絮凝作用和网状结构的影响，使泥沙颗粒的沉降特性发生很大变化，影响沉速的主要因素为含沙浓度、泥沙粒径、浑水重度及黏性等，且所研究粒径多为10-2（d50）量级。里查森及扎基（W.N.Zaki）所建立的适用于粗颗粒均匀沙的公式为(www.daowen.com)

式中ω0为单颗泥沙在清水中的沉速；ω为群体沉速；m为的函数。

有关于指数m，各家有不同的取值，还有待于深入研究。

2.模型设计

大江截流时砂砾石料的抛投环境为：上、下游防渗墙深槽部位的局部抛投，砂砾石抛投区下游有预平抛垫底的石渣埂，上游口门不小于460m，下游口门不小于480m，抛投时段内抛投区垂线平均流速不大于1.0m/s，要求将砂砾石抛投至35m高程，水流流态呈明显三维特性。具体抛投区位及成型如图5-1所示。抛投砂砾石级配料粒径范围为150.0～0.2mm，d50为9.0mm，其中150.0～80.0mm占10%，80.0～20.0mm占25%，20.0～4.0mm占25%，4.0～0.2mm占40%。

由于问题的复杂性，解决砂砾石级配料动水抛投漂移问题，目前建立数学模型寻求解答有困难，现实的办法是通过物理模型试验，而严格按沉降相似难以做到，按Fr相似律选择几何比尺。下面分析比尺为20的合理性。

根据上述单颗粒在清的静水中的沉降特性，按冈恰洛夫结果，当不考虑动水流速对滞流区颗粒的沉降影响时，处于滞流区（d＜0.15mm）的颗粒含量在原型几乎为零；而按1/20缩小的模型砂砾石料，则处于滞流区的颗粒含量不大于30%（据原型设计抛投砂砾石级配曲线，3.0mm以下粒径颗粒含量约占30%）。这是可能造成模型、原型不相似的粒径成分。若考虑动水紊动对沉速的影响，一方面在一定程度上存在动水紊动对颗粒的携带作用，对沉速有减小的作用，虽作用甚微，但使模型结果倾向于保守；另一方面由于水流紊动，减小了粘滞力对粒子沉降的影响，使处于滞流区的颗粒粒径上限值减小，即使模型与原型不相似的粒径成分更小。从理论上讲，如何衡量这两方面哪个起主要作用，目前尚有待于深入研究；从工程角度分析，其偏离程度不大，应能满足工程要求。

从群体沉降观点，根据原型砂砾石料特性、长江水质、抛投区水流环境，抛投料的沉降不会出现絮凝作用和网状结构影响，而对于模拟抛投环境，模拟抛投料d50约为0.45mm，水体粘滞力仅对极细模拟料产生影响，但所占比例较小，在模拟过程中起控制作用的仍是大部分料（d＞0.15mm）的沉降。由于其动水特性，这部分料制约着絮凝的形成，且对于极少数与原型沉降不相似的模拟抛投料，其漂移距离比原型要远，因此模拟抛投料漂移特性成果比原型偏于保守（偏安全）。