悬移质泥沙测验计量单位及有效数字.docx

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悬移质泥沙测验计量单位及有效数字

 悬移质泥沙测验计量单位及有效数字

C．0．1悬移质泥沙测验计量单位及有效数字应按表C．0．1的规定执行。

表C．0．1悬移质泥沙测验计量单位及有效数字规定

高含沙水流流变特性试验方法

D．1高含沙水流流体分类与计量单位

D．1．1高含沙水流流体应分为牛顿体与非牛顿体，非牛顿体应分为宾汉体、伪塑性体和膨胀体三种类型。

各种流体特征应符合图D．1．1所示，各种流体流变特性应按表D．1．1表示。

图D．1．1高含沙水流流变曲线

A-牛顿体；B-宾汉体；C-伪塑性体；D-膨胀体

表D．1．1牛顿体及与时间无关的非牛顿体的流变特性

D．1．2高含沙水流试验应采用表D．1．2的符号及计量单位。

表D．1．2符号及计量单位

D．2流变试验仪器选择

D．2．1流变试验仪器可选用毛细管式、同轴圆筒式和模块化智能型高级流变仪。

D．3流变试验操作要求

D．3．1毛细管黏度计试验方法应按以下要求进行：

    1试验方法：

毛细管黏度计（以下简称毛管计）是通过测量流体试样流过毛细管时的压力降和出流量来推算管壁处试样的剪切应力与剪切速率，并由此确定流体的流变特性。

    2仪器设备及主要技术要求：

        1）仪器设备主要包括：

毛管计和贮样筒，测压管和调压装置，搅拌器和电机，量杯、比重瓶和秒表。

        2）主要技术要求：

        ①毛管计管径不宜小于试样泥沙最大颗粒粒径的5倍；长径比（L／D）不小于200。

应备制几种不同直径的毛细管，组成一套测量系统。

常用毛细管直径范围为3mm～8mm，根据试样浓度和粒径选定。

        ②每支毛管计必须对管径、动能修正系数α和局部损失系数β进行校正。

        ③贮样筒应采用透明材料制作，便于直接观读试样深。

容积按可连续测试15个以上点据的需要量来确定。

筒内应装置搅拌器，防止固、液分离沉降，保证试样充分掺混均匀。

        ④设置调压系统进行正负压调节控制，以能扩大试验范围，保持不同含沙浓度下的正常试验。

        ⑤测定出流量的量杯或比重瓶应预先率定。

    3仪器率定方法：

        1）毛管直径率定：

可采用重量法并按下列步骤进行：

        ①将毛细管冲洗干净用软布或纸擦拭并烘干。

        ②测定管长（L）应测量3次，取最接近的两次的平均值。

        ③测定毛细管容积的方法是：

先称出空管质量（W1），再称量注满蒸馏水后的毛细管质量（W2），同时测量水温并查得相应的水的密度（ρw），按下式计算蒸馏水的体积（C，单位cm3）：

    有条件时可向管中注入水银，称量注满水银后的毛细管质量（W2），水银的密度（ρAg＝13．6g／cm3），按下式计算水银的体积：

    采用任何方法，均应测量三次，取最接近的两次的平均值，记至0．001cm。

        2）毛细管校正系数（α＋β）的率定：

        ①毛细管内平均流速V测定：

在毛细管下端接样，记录接样时间t，计算毛细管内平均流速V：

        ②根据不同条件下的V按下式计算对应的（α＋β）值：

    式中：

α——流速分布系数；

          β——局部损失系数；

          Pa——测压管压力（Pa）；

          γm——试样的容重（g／cm2）；

          L——毛细管长度（cm）；

          h——贮样深度（cm）；

          g——重力加速度（cm／s2）；

          V——毛细管内平均流速（cm／s）；

          μ——液体的动力黏滞系数（g·s／cm2）；

          D——毛细管直径（cm）。

        ③点绘（α＋β）—V关系图，取（α＋β）的平均值。

        3）量杯与比重瓶容积可采用重量法进行率定：

        ①量杯容积率定步骤：

        第一，清洗、擦净烘干量杯，并称空量杯重（W1）。

        第二，加入蒸馏水至一定刻度（设计容积V′）称量杯加水重（W2），同时测量水温，查得相应的水的密度（ρw）。

        第三，重复进行第二步操作，称出不同容积刻度时的质量，直到最大刻度为止。

        第四，用公式（D．3．1-1）计算不同刻度时量杯的实际容积（V′）。

        第五，将计算得出的V′与相应的量杯标称容积V点绘关系图。

        ②比重瓶容积率定步骤：

        第一，清洗、擦净、烘干比重瓶（以下比重瓶质量包括瓶塞），称空瓶重（W1）。

        第二，在室温条件下，将待检定的比重瓶，按第A．2．1条第1款的规定，连续测得一组3次～5次瓶加清水质量及相应水温，取用平均值。

查出相应水的密度（ρw）。

        第三，按第二步重复进行各种温度时瓶加清水质量的测定。

        第四，按公式（D．3．1-1）计算不同温度下比重瓶的实际容积（V）。

        第五，将计算得出的V′与比重瓶标称容积V点绘关系图。

        4）测压管读数率定：

应事先率定出测压管的一个支管读数与两支管读数差乘以水银或水密度的压力数值，点绘关系图备用。

    4试样操作技术要求：

        1）准备工作：

将取得的样品（包括原样和湿沙样）按规定备制试样。

选择试验用的毛管计、量杯或比重瓶并擦洗干净。

备好试验用的天平、温度计、秒表、提桶和记录表格等。

        2）备制试样：

        ①当野外调查只能取得干土样时，试验前应先浸泡三天以上，再搅拌至无团粒为止。

然后，按调查的原样容重和pH值大小备制试样。

        备制的试样必须充分搅拌均匀，然后采取一定数量的分样进行含沙量、容重、颗粒级配、极限体积浓度及pH值等项目测定，方能开始试验。

在试验过程中或结束时，视水沙分选沉降情况，再采样测定含沙量，必要时同时进行颗粒分析。

        ②当需要备制不同浓度的试样时应从高到低备制。

        3）仪器安装调试：

首先应将仪器组装配套，再将毛管计调垂直和贮样筒调水平。

采用吊锤法校正毛管计的垂直度。

用贮样筒装适量清水，观察四周的水深是否一致，以调平贮样筒。

调整后将支架固定防止滑动。

        4）装试样：

将备制的试样装入贮样筒，装至筒容积的2／3为宜。

        5）进行试验：

        ①开启或关闭相应的开关，连通管路加压或抽气，使测压管压力达到一定值，待压力稳定后，记录该测次的起始压力的贮样筒内试样深，同时立即拔开毛管堵塞开关，让试样流出。

        拔开关前贮样筒内的试样应搅拌，搅拌停止后即打开开关开始试验。

        ②开动秒表计时，同时在毛管计出口用量杯（或比重瓶）接取试样，采样终止时立即关停秒表，关闭毛管计开关。

       采样历时和出流体积，在流速较大时以时间控制，不宜小于5s。

在低流速时以体积控制，一般不少于10mL。

        ③记录秒表时间读数、停止时刻的压力、试样深、采样体积等，即完成一个测点的测验。

        ④通过阀门控制，改变压力，继续进行第2、3、4……等测点的测验。

        毛管计最大压力根据试样情况选定，一般应使流速超过层流区，能得到整个层流区10个以上的试验点据。

压力控制间隔视最大压力差而定，在低切变速率区测点应多一些。

        ⑤有温控设备的，控制温度以20℃为标准。

无温控设备的，必须测量试验开始及终止时的试样温度。

温度计分度值不大于0．2℃。

        ⑥试验结束，立即进行仪器、仪表、工具用品等的清洗整理，妥善保管和保养。

    5试验资料的计算：

    式中：

u——流体在毛细管内的平均流速。

    牛顿体的流变参数μ可按下式计算：

    对于非牛顿体中的宾汉体，可用虚流变曲线来求宾汉体的两个流变参数η和τB。

流变曲线的方程为：

    由试验所得对应的（τw，8u／D）点据，应在计算机上点绘8u／D—τw关系图，通过点据作一直线交于τ轴，其截距即为

，直线的斜率即为η。

但应注意，上式是一个忽略掉τB／τw项后所得的近似式，图解作直线时，应以τw＞＞τB的点据为依据。

    6记录表格及填写说明：

        1）毛细管黏度计流变试验记录表：

        ①毛细管黏度计流变试验记录应符合表D．3．1-1规定。

表D．3．1-1毛细管黏度计流变试验记录表

        ②填写说明：

（4）栏和（7）栏均用相应起、止读数的算术平均值，算到0．1cm。

（9）栏若用量杯接测，即为实测值；若用比重瓶接测，则按表D．3．1-2进行测算求得。

（11）栏说明试样系用原样还是湿土样备制，出流体积是用量杯还是用比重瓶测出。

        2）出流体积及试样容重测验记录：

        ①出流体积及试样容重测验记录应符合表D．3．1-2规定。

表D．3．1-2出流体积及试样容重测验记录

        ②填写说明：

（6）栏是指比重瓶加入试样后再加清水到规定刻度后的总重。

（7）＝（6）—（5）栏，算到0．1g。

略去温度的影响，取水的密度等于1．0g／cm3，则清水重即等于清水体积。

    （8）栏根据试验时的温度及比重瓶的温度容积曲线查取。

（9）＝（8）—（7）栏，算到0．1cm3，该值即是表D．3．1-1中的出流体积。

（10）＝（4）／（9）栏，算到小数点后三位。

（11）＝[（10）—1]ρs×1000／（ρs—1），算到三位有效数字，式中的ρs为泥沙的密度。

        3）毛细管黏度计流变特性试验计算表：

        ①毛细管黏度计流变特性试验计算应符合表D．3．1-3规定。

表D．3．1-3毛细管黏度计流变特性试验计算

D．3．2同轴圆筒旋转式黏度计试验方法应按以下要求进行：

    1仪器设备及主要技术要求：

        1）仪器主要组成部分：

        支座：

安装整个测试系统的基础。

        测量头：

扭矩读数设备，采用直接弹簧装置或间接（机电转换）显示扭矩值。

        测量系统：

包括内外筒和恒温装置。

        2）主要技术要求：

        ①为适应不同含沙量及颗粒级配的试样，需备制几种不同直径的内、外筒，组成几套测量系统。

        ②内、外筒构成缝隙△R，△R／R为缝隙比，应根据不同试样确定几级缝隙比。

        ③测量系统的缝隙宽度应不小于泥沙最大颗粒直径的5倍。

        ④内、外筒直径必须精确测定。

        ⑤内筒结构型式应使端面效应小，一般采用两端凹形、边缘为锐角刃口的型式。

        ⑥内、外筒壁面要求一定糙度，以防止出现滑移现象。

        ⑦以弹簧装置量测扭矩的仪器，使用一段时间后弹簧可能发生变形，必须校正。

    2工作原理：

测量系统的两个同轴圆筒，其内筒以已知角速度旋转，流体受力发生剪切变形，流体的黏滞力作用于旋转筒表面，其转动力矩与黏滞阻力成正比，通过测量转筒的扭力矩和旋转角速度来推算试样的剪切应力和剪切速率，并由此确定流体的流变特性。

    3试验操作要求：

        1）准备：

将取得的样品（包括原样和湿沙样）按毛管计试验的同样要求备制试样；选择试验用的测量系统，并清洗擦净；备好天平、温度计、提桶和记录表格等。

        2）仪器安装调试：

仪器按说明书要求进行安装，通过调试保证转筒轴线垂直，使转筒断面水平。

        3）装样：

按仪器试验需要沙样数量进行装样。

为防止泥沙沉降和产生气泡等现象，装满试样后应将转筒上下移动多次以观察试样是否达到所需用量。

        4）试验：

        ①开启旋转开关，从小到大或从大到小逐步调定转速，并记录每级转速下测量头指示稳定后的转速和扭矩读数。

        ②要求装好试样到开始试验的间隔时间不超过10s～15s，不能连续测读的仪器，每次测读前必须对试样重新搅拌一次。

        ③试样反映有触变性时，转子起动后到读数的间隔时间不超过30s。

此时若转子尚有小量摆动，可读取平均值。

    4试验资料的计算：

        1）内筒边壁处剪切应力的计算。

内筒边壁处剪切应力τb的计算可由施加于内壁上的扭矩求得，即：

    式中：

M——扭矩（mN·cm）；

          Rh——内筒半径（cm）；

          h——内筒有效高度（cm）。

    公式（D．3．2-1）对牛顿体和非牛顿体均适用。

    式中：

Ω——角速度（rad／s）；

          Rc——外筒半径（cm）；

          τB——宾汉极限切应力。

    先选定一个初始值τB，根据不同的Ω按公式（D．3．2-1）、公式（D．3．2-2）算得一系列τB和

，然后点绘τB～

的关系，用图解法通过点据作一直线交于τ轴，其截距为τB。

如与假定值不符，应重新假定，重复上述过程直至两者接近为止，直线的斜率即为η值。

计算和绘图可以在计算机上进行。

    式（D．3．2-2）是假定环形缝隙间都发生剪切时推导的，适用于外筒边壁切应力τC＞τB的数据。

    5记录表格及填写说明。

        1）同轴圆筒旋转式黏度计流变试验记录。

        ①同轴圆筒旋转式黏度计流变试验记录应符合表D．3．2-1规定。

表D．3．2-1同轴圆筒旋转式黏度计流变试验记录

        ②填写说明：

备注栏应说明内、外筒加糙型式，试样系原样还是湿样配制，试验方式是转速递增还是递减等。

        2）旋转式黏度计流变试验计算。

        ①旋转式黏度计流变试验计算应符合表D．3．2-2规定。

表D．3．2-2旋转式黏度计流变试验计算

        ②填写说明：

（2）栏根据测点相应的扭力矩读数填写。

（3）栏根据测点稳定后的转速填写。

（4）栏按公式（D．3．2-1）计算。

（5）栏根据试样分类按公式（D．3．2-2）或公式（D．3．2-3）计算。

（6）栏为（4）～（5）关系图斜率。

（7）栏

，h为试样深，b为双筒间缝隙宽度。

流速V可按转筒角速度计算。

黏滞系数用（6）栏数值。

        3）流变特性成果。

        ①流变特性成果格式应符合表D．3．2-3规定。

表D．3．2-3流变特性成果

        ②填写说明：

各栏可以从有关的测验和计算表中抄录。