149.水运工程泥沙基本特性试验技术操作规程JTST+2316.docx

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1、中华人民共和国行业标准水运工程泥沙基本特性试验技术操作规程JTS/T23162019主编单位：交通运输部天津水运工程科学研究所批准部门：中华人民共和国交通运输部施行日期：2019年12月1日人氏*aiMIM公匐交通运输部关于发布水运工程泥沙基本特性试验技术操作规程的公告2019年第71号水运工程泥沙基本特性试验技术操作规程（以下简称C规程）为水运工程推荐性行业标准,标准代码为JTS/T23162019,现予发布.自2019年12月1口起施行。本规程3由交通运输部水运局负费管理和解释.特此公告。中华人民共和国交通运输部2019年9月12日制定说明本规程是根据“交通运输部办公厅关于下达2014年度

2、水运工程标准编制计划的通知”（交办水2014130号）要求,由交通运输部水运局组织有关单位，在总结已有泥沙基本特性试验技术的基础上，分析研究适合水运工程行业需要的室内试验技术，并对室内试验技术进行规范和统一，经反更征求意见编制而成。水运工程泥沙基本特性试验是水运工程、水利工程和海洋工程中最基础的试验研究工作，是港口航道工程中科研、设计和施工的重要依据.目前水运行业关于泥沙基本特性试验技术并无明确的行业标准，往往会因为试验设备、仪器、观测方法、入才操作步骤、资料整理等的不统一而产生不同的结果。为此，制定本规程。本规程共分7章和4个附录，并附条文说明，主要包括泥沙物理特性试验、泥沙水力特性试验、泥

3、沙流变特性试验、泥沙颗粒表面物质含量试验等技术内容。本规程主编单位为交通运输部天津水运工程科学研究所，参编单位为天津水运工程勘察设计院、南京水利科学研究院、上海河口海岸科学研究中心、河海大学、天津大学。本规程编写人员分工如下：1总则：杨华许家帅2术语：杨华许家帅3基本规定：杨华许家帅4泥沙物理特性试验：张瑞波刘国亭文光华庞启秀万远扬邵宇阳范东华5泥沙水力特性试脸：杨华罗小峰赵洪波万远扬邵宇阳庞启秀张瑞波陈长英许家帅顾峰峰6泥沙流变特性试验：庞启秀张瑞波白玉川7泥沙颗粒表面物质含晶试验：蒋文新周斌附录A:刘国亭附录B:刘国亭附录C:刘国亭附录D:庞启秀杨华本规程于2019年2月28日通过部市，2

4、019年9月12日发布，自2019年12月1日起施行。水运工程泥沙基本特性试验技术操作蝴里C11ST23162019）本规程由交通运输部水运局负贡管理和解择。各单位在执行过程中发现的问题和意见，请及时函告交通运输部水运局（地址：北京市建国门内大街U号，交通运输部水运局技术管理处，邮政编码：100736）和本规程管理组（地址：天津市滨海新区塘沽新港二号路2618号，交通运输部天津水运工程科学研究所，邮政编码：300456），以便修订时参考。目次1总则(1)2术语(2)3基本规定(3)4泥沙物理特性试验(4)4.1 一般规定(4)42比重(4)4.3 含水率、湿密度和干密度(8)4.4 颗粒级配(

5、11)4.5 矿物分析(15)4.6 含沙量(19)5泥沙水力特性试殴(21)5.1 一般规定(21)5.2 (21)5.3 泥沙沉降试验(24)5.5 冲刷率和谕沙率试验(26)5.6 挟沙力试验(27)6泥沙流变特性(31)6.1 一般规定(31)6.2 泥沙岸态流变特性试验(31)6.3 泥沙动态流变特性试验(33)7泥沙1粒表面物质含量试(35)7.1 一般规定(35)7.2 易盐含量测定(35)7.3 有机质含量测定(37)附录吸管法采样深度和沉降时间表(39)附录B等比制(。值标准)粒级分类表(40)附录C沉积物粒度三角分类图(41)附录D本规程用词说明(42)引用3名录(43)附

6、加说明本娴住*M位、1髀位、主要起事人、主则僮人、总校人员和管理组人员名单(44)条文说明(47)1总则1.0.1为规范水运工程泥沙基本特性试验的标准和方法，提高试验研究的科学性、准确性和可毒性，制定本规程。1.0.2本规程适用于水运工程泥沙基本特性的室内试验.1.0.3泥沙基木特性试验操作除应符合木规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定.(6) IR复进行不同初始含沙量和水流速度的试验，获得不同初始含沙圻、不同水流速度的泥沙平均沉降速度w.5.3.5试购成果分析时，可绘制沉速与流速的关系曲线，在充分考虑泥沙沉降速度受泥沙粒径、含沙量、盐度、温度等因素影响的基础上绐出泥沙沉降速度范围。5.4

7、密实试验5.4.1 密实忒险可在密实筒或密实试验水池中进行：沉降筒内径应大于IoCm,底部预留排水孔，高度可根据研究水深确定；沉降简或密实试验水池应有观察窗和标尺，标尺最小分度值不超过Imm。5.4.2 试验操作应符合下列规定：(D根据试驶要求和沉降简或密实试验水池的体积,采用淡水或配制的盐水，将试样的初始密度配制成所需密度值，一般配制成1050kgnP或I1.Ookg/m，：(2)将配制的试样加入沉降筒或密实试验水池中，搅拌均匀，待水体稳定后，及时观察清水与浑水交界面的变化。在不同密实时间如IOmin、30min、60min,2h、4h、8h、24h、2d、4d、8d、I2d、18d、24d

8、301、60d、90d等观察并i味交界面的高度，精确至Inro5.4.3 试验结果分析计算应符合下列规定：(I)根据试验记录的清水与浑水交界面高度，计算时应的泥沙密度，并绘制密度随时间的变化曲线：(2)根据试验结果，分析泥沙密度与密实时间的关系，给出不同密实时间对应的泥沙密度。5.5 冲刷率和输沙率试验5.5.1 冲刷率试验也在变坡水槽进行，也可采用其他水槽进行试验.5.5.2 试验采用的设备和仪器应满足卜列要求。5.5.2.1 试验水槽应有水库、水泵、流量计、平水箱等稳定的供水循环系统，同时应有流速仪、水位仪、加沙器和集沙器等测散系统。5.5.2.2 水槽的宽度和长度应满足试验段水流平稔、

9、流速分布合理的耍求：水槽有效试验段长度不应小于30m;铺沙宽度不应小于水他宽度的2/3,铺沙长度不应小于有效试验段长度的1/2.5.5.23试验设备和仪器的精度应满足试验要求。5.5.3 黏性细颗粒泥沙样品宜采用原状土，也可根据试验目的和要求配制：非黏性泥沙样品可按试验要求配制。5.5.4 冲刷率试验操作应符合下列规定。5.5.4.1 试验开始前，应对水槽设施进行检修和清理，根据试验所需的水流条件对水槽进行调试和分级率定。554N原状上冲刷试验时,将柱状样放入可垂直顶升的方管内,冲刷过程中应保持泥面始终与水槽底面齐平：采用配制样品进行冲刷试验时，应将泥沙样品均匀铺在水槽底部，等待泥沙密度达到试

10、验要求.向水槽缓慢加水至试验水深，注水过程中应尽敝减小对泥沙的扰动影响，避免扰动原状泥沙面，加水前后泥沙面变化应小于2mm5.5.4.2 水源应按试验要求分级施放，观察不同水流条件下的冲刷情况。冲刷室可通过指定区域的地形变化计算确定。5.5.4.4 试验过程中应记录冲刷历时、含沙量、水潦流速、沿程水位、水深、水温、试验后的泥沙级配和试验段床面平均坡度等。5.5.4.5 冲刷试的时间宜为2h,特殊情况应由预备试验确定。成验应重更2组以上.试验结果差值应控制在20%以内，若超出应重新试验。5.5.5 试验结果分析计算应符合卜.列规定5.5.5.1试验结果应包括试验现象、冲刷率计算和分析等.5.5.

11、5.2冲刷率可按下式计算：E=?(5.5.5-1)式中E冲刷率kg(m2s);W.一一指定区域冲刷量(kg);A-指定区域冲刷面积(W)；I冲刷历时。5.5.53根据不同工况条件下的冲刷率，可绘制冲刷率与水流条件的关系曲线，5.5.6输沙率试脸应满足下列规定。5.5.6.1试验设备和试验操作规定应与冲刷试验相同，输沙量;可通过集沙潺测定。5.5.6.2单宽输沙率的确定可按式5.6-1)计算，也可按其他合适的公式计算。WC11=E(5.5.6-1)hRt式中G输沙率(kgms);W输沙量(kg);B水槽的宽度(m);t冲刷历时5.5.63根据不同工况条件下的试验结果，可建立输沙率与水流条件的关系

12、5.6挟沙力试验5.6.1 接沙力试验叫分为水流、波浪和波流作用卜的床沙质挟沙力试验5.6.2 试验设符及雄测仪器应满足下列要求.5.6.2.1 水流挟沙力试验可采用及直水槽或环形水槽等：波浪挟沙力试验可采用波浪水槽：波流共同作用I：的接沙力试验可采用波流水槽。5.6.2.2 长直水槽的尺度应根据试验的水流波浪条件、泥沙粒径、水体含沙量等综合确定，水槽长度应大于30m.宽度应大于0.5m.高度宜大于Im5.6.23主要测量仪器精度应满足下列要求：(1)流量计，精度2%；(2)水位计,精度0.5%;(3)波高仪，精度1%;(4)潦速仪，精度1%;(5)测沙仪，精度5%5.6.3采用长直水槽、波

13、浪水槽或波流水槽进行挟沙力试验.一般可采用固定含沙量而调整动力控制条件和固定动力控制条件而调整含沙量两种试验方法。试验操作应符合E列规定.5.6.3.1试验开始前，应对水槽设施进行检修和清理,根据试脸要求，对所需的水流、波浪等条件进行调试和分级率定。5. 6.3.2采用固定含沙量而调整动力控制条件进行试验时,试验操作应符合下列规定：(1)在水槽进水水箱或水库内根据试验要求配制水体含沙量；在试验段的首尾设置含沙量观测断面，首尾断面含沙量的变化基本符合输沙平衡要求：(2)根据或免及水他率定情况，从大流速和大波浪动力控制条件开始，逐级改变水流或波浪控制条件：每级动力控制条件稳定后试验时间不小于30m

14、in:(3)观察水槽底部有无泥沙落淤，出现泥沙落淤的临界点作为水流挟沙力的饱和临界点:(4)逐级改变水流或波浪控制条件,重电上述第(2)项第(3)项.5. 6.3.3采用固定动力控制条件而调整含沙址进行试验时，忒验操作应符合下列规定：(1)调试确定试验所需含沙浓度及试验动力控制条件：(2)根据试验要求调节动力控制条件和水深，待动力条件稳定后，测M动力条件和含沙量：；重复测量多次，每次测量时长一般取60s.流速允许差值为2%;试验条件保持不,4Y、箱.或水盾呐加沙增大水体含沙量，试验过程中观察水流中的泥沙自然落淤在水槽底部的情况，定时测盘水流流速和含沙量：(4)水体浓度基本不变时的含沙量即为该动

15、力条件的挟沙力；(5)改变动力控制条件和水深，重复上述第(3)项第(4)项，并观察水体含沙量变化.5.63.4试验过程中测量并记录的数据应包括下列内容：(1)流量及沿程水位；(2)沿程水流速度、波高及波周期等：(3)水深；(4)沿程含沙量5.6.4 采用环形水柏进行接沙力试验，可采用从小流速逐级增大的动力控制方式，也可采用从大流速逐级减小的动力控制方式.试验操作应符合下列规定.5.6.4.1 环形水槽率定应按本规程第5.2.3.2款的规定执行.5.6.4.2 按从小到大或从大到小的流速分级，分别测定不同流速卜.水槽内含沙盘的分布，可将每级流速作用时间2h以上而含沙量变化不大于2%时的含沙量作为

16、该流速对应的平衡含沙母.5.6.5 接沙力可按下列公式进行计算：(D水流条件下的挟沙力按式(5.6.5-1).式(5.6.5-2)或其他合适公式计算：S“=喘;)(5.6.5-DS.=apI(5.6.5-2)式中S挟沙力(kgm);K一经验系数：U断面平均流速g重力加速度(11Vs2):R水力半径(11;w泥沙沉速(nVs)：m指数：系数：p水的密度(kg/m，)；h平均水深(m);(2)波浪条件下的按沙力按下式计第：S=K既)66.5-3)式中S.含沙型(kg/W)：K系数：H波jj(m);h平均水深(m);波周期3：W泥沙沉速(ms);m指数；(3)波浪水流共同作用下的挟沙力按下式计第：S

17、K1.阂闻嗣(5.6.5式中S含沙量(kgm3);K1系数：U流速(m);g重力加速度(m*);R水力半径(m);W泥沙沉速(11s);m,指数：K2系数：H波高(m);*均水油m);T波周期(三);11h指数5.6.6试脸结果分析时可采用双时数纸绘制含沙班(三)和无价纲属居或K或悠的关系，分析试验结果的合理性，确定挟沙力关系式6泥沙流变特性试验6.1 一般规定6.1.1 潦变特性试验研究对象宜为粒径小于0.032mm、颗粒间有黏结力并在海水中呈絮凝状态的黏性细颗粒泥沙.6.1.2 常见淤泥状态可参照表6.1.2确定。41.2常赃海网渤然御油程度状&*(b,)新淤枳流体状（牛!体）1005

18、1100新同站就法昵（伪黑性体）1100-1200中等固结软漱施（伪那性体）12007300良好同结得体宾汉体）13001.KIO码度同结固体（粘抑性体）1400-1500任该能因体，性体）15(K6.1.3泥沙流变特性试验可分为静态流变试验和动态流变试验，静态流变试验参数应包括黏性系数、剪应力、凶切率、屈服应力、流动指数等：动态流变试验参数应包括弹性模量、黏性模量、动态黏性系数等。6.1.3 1泥沙的采集和储运方式应根据试验要求选择，原状淤泥样品，应采用有闭取样器采集，并密封储运，运输过程中应避免振动：配制淤泥的泥沙样品应垂线上分层采集,混含均匀作为试验样品.6.1.5 状验用水宜采用从泥沙

19、样品当地采集的天然水6.1.6 流变特性试验的仪器主要为流变仪,试验前必须校验流变仪的稳定性。6.1.7 试验应记录时间、温度、盐度、初始密度或含沙量、仪器名称、仪器型号、仪器量程、仪器精度、剪切模式等试验条件。6.2 泥沙静态流变特性试段6.2.1 泥沙静态流变特性试验宜采用旋转流变仪，旋转流变仪按其转子结构可分为同轴圆筒式流变仪、I-字板（桨式）流变仪、锥板式流变仪、平行板式流变仪等，应根据泥沙样品进行选择。6.2.2 泥沙样品配制应符介下列规定。6.22.1泥沙样品预处理时，应将泥沙结块充分打散、筛除贝壳等：原状淤泥样品不得改变原有结构和含水率。6.2.2.2 配制多组不同密度的泥沙样品

20、密度范围可取1050kgmT500kgm密度间隔可取20kg/W、50kg/m3；原状淤泥样品宜选取小部分用于密度测豉，其密度值代表流变试验样品的密度值。泥沙样品的密度应测届三次以上取平均值6.2.2.3 当采用天然水配制试验样品时，可直接与泥沙混合配制：当采用纯净水时.，试验样品的盐度应与现场盐度相同，或满足试验要求。6.2.2.4 根据试验要求调控泥沙样品的温度，各组次温度应相同。6.2,3采用旋转流变仪进行静态流变特性试验操作程序应符合下列规定。6.2.3.1聘泥沙样品装入流变仪测地杯内，应注意排出空气：各组次样品装入测量杯后的静置时间应相同。6.23.2应在设定的温度条件下进行样品静

21、置和流变试验。1.1.1.3 剪切模式可分为控制剪切率和控制剪应力模式，试验前应根据试验要求设定相应的剪切率或剪应力的测量范围和步长。1.1.1.4 每次试验结束后，试样应回收至专用容器，不得重蜕使用，并应清洗测量杯，1.1.1.5 试验数据应及时记录保存。6.2.4 静态测量试验数据处理应符合下列规定。6.2.4.1 针对不同密度试样的试验数据，应分别绘制剪应力与剪切率的关系曲线和黏性系数与剪切率曲线；为了显示低剪切率时的数据，可采用对数坐标。6.2.4.2 流变基本模型应根据试样密度及流变曲线合理选用，拟合剪应力一剪切率以及黏性系数一剪切率的关系式，得到相关流变参数。流变模型可分为下列其本

22、模型：(D牛顿体模型按下式计算：T=M(6.2.4-1)式中T一的应力(P);U-动力黏性系数(Pas);y剪切率G)；伪塑性体采用赫谢尔巴尔克莱(HCrSChd上U1.k1.Cy)模型，按式(6.2.4-2)计算：当片1时，简化为宾汉(Bingham)模型，按式(6.2.4-3)计算：T=T.+Ky,TT,62,4-2)T=T+uyTT(6.2.4-3)式中r剪应力(RD;T表观屈服应力(Pa);K有量纲系数(Pas);剪切率(U);n常数：T一宾汉屈服应力(Pa);淤泥的宾汉黏性系数(Pas).6.2.4.3 1.3分别绘制各流变参数如屈服应力、黏性系数、浒词J指数等与淤泥密度的美系曲线,

23、进而可拟合出流变参数与淤泥密度的关系式。6.2.5 屈服应力的测定方法可分为直接法和间接法，操作应符合卜.列规定6.2.5.1直接法应对泥沙样品施加逐渐增加的应力至泥沙开始屈服产生流动，泥沙开始流动时的应力值即为屈服应力值。此外，还可通过十字板法等测量泥沙的屈服应力值6.2.5.2间接法可通过时所测得的流变曲线外推到零剪切率时对应的应力值来确定，也可通过对流变曲线进行模型拟合得到6.3泥沙动态流变特性试验6.3.1 泥沙动态流变特性试验宜采用振荡流变仪.6.3.2 泥沙样品配制应符合本规程第6.2.2条的规定。6.3.3 动态测址忒验操作程序应符合下列规定.6.3.3.1样品装入和静置操作应符

24、合本规程第6.2.3.1款和第6.2.3.2款的规定。63.3.2测量时，应对试样施加振荡应力或应变，设置作用频率，其应力和应变随时间作简谐振荡，包括动态应力或应变打描和动态频率扫描，其中动态应力或应变扫描宜用于确定线性粘弹性区间，而动态频率扫描宣用于确定线性黏辨性区间动态流变参量的作用频率的变化规律.6.3.3.3每次试验结束后，试样应回收至专用容器，不得更复使用，并应清洗测量杯。6.3.3.4试验数据应及时记录保存。6.3.4动态测量试验数据处理应符合下列规定.63.4.1 根据淤泥对简谐振动的响应得到黏弹性参数，其弹性模忸;G和黏性模量G”可按下列公式计算：G,=wd(6.3.4-1)式

25、中g弹性模量:T简谐振动剪应力的振幅：yo简谐振动剪应力的振幅：6损切角：GT一黏性模量。当6=0。时，GM),试样为纯弹性：当6视“时，G=O,试样为纯黏性：当0645时，GXT,试样为弹性主导：当4512)附加说明刘国亭、崔雪旭罗小峰管理组人员：赵洪波（交通运输部天津水运工程科学研究所）孙百顺（交通运输部天津水运工程科学研究所）杨华（交通运输部天津水运工程科学研究所）庞启秀（交通运输部天津水运工程科学研究所）张瑞波（交通运输部天津水运工程科学研究所）刘国亭（交通运输部天津水运工程科学研究所）中华人民共和国行业标准水运工程泥沙基本特性试验技术操作规程JTSf23162019条文说明目次4泥沙

26、物理特性试险(51)4.4 颗粒级配(51)4.5 矿物分析(52)5泥沙水力4tit1.1.(53)5.2 起动试验(53)5.3 泥沙沉降试验(53)5.5 冲刷率及输沙率试验(54)5.6 挟沙力试验(54)6泥沙流变雌titt(55)6.1 一般规定(55)6.2 泥沙静态流变特性试验(55)7趣粒赛面物质含(56)7.2 易溶盐含量测定(56)7.3 有机项含址测定(56)4泥沙物理特性试验4.4颗粒级配4.4.1 泥沙颗粒级配测定的方法较多，其中，有些方法如吸管法、人工筛分法等存在操作环节多、测试速度慢、劳动强度大、成果质量参差不齐等问题.因此,随着仪器设备的发展.目前主要采用电磁

27、或音波振动式全自动或半自动筛分粒度仪、消光式粒度分析仪和激光粒度分析仪等4.4.5 计算粒度参数的方法主要有图解法和矩值法。图解法是根据粒度分析结果绘制出累积频率分布曲线，从曲线上得出某些具有代表性的累积百分数所对应的粒在值，然后根据公式进行粒度参数计算：矩值法是运用数理统计的原理来定量地表示粒度的特征，将样品的平均粒径、标准偏差、偏度和峰度分别定义为粒度分布的一阶矩、二阶矩、三阶矩和四阶矩的函数,并根据公式进行计算.本规程推荐用图解法计算粒度参数。(4.(1)(4.(2)(4.3)(4.4)矩值法按卜列公式计算粒度参数：S=ZRnvM)21.(X)100S/吁M)一-100S/式中M平均粒径

28、f一每一粒级的重量百分数：m一一每一粒级间隔的中点.S标准偏差；S.偏度:K度.4.4.5.4粒度参数分为基本粒径参数和派(衍)生粒径参数。基本粒径参数主要为中值粒径D3,即样品中重量百分占比50、的粒径，通过粒度累积曲线杳出或由粒度分析仪报表直接给出：派生粒径参数主要为平均粒径、分选系数、偏度和峰度，需根据基本粒径参数采用福克和沃德(FO1.kandWard)公式计算得出4.5矿物分析4.5.1 矿物分析是对泥沙样品中包含的矿物进行种类鉴定与组分分析，而矿物种类和含觉能够反映出泥沙来源，4.5.5 海洋环境中的黏土特征，如片状尺度、片状厚度、比表面枳、密度等，需通过实验室测定，并在黏上矿物

29、资料分析整理时作为成果列出.5泥沙水力特性试验5.2起动试It5.2.1 泥沙起动试验日的是研究泥沙在波、流作用卜的起动特征，并为有关模型试验提供临界起动切应力或起动流速等判别指标”试验设备除采用长直水槽、波浪水槽、波流水槽和环形水槽外，有时也会采用有压水槽、振荡槽等。环形水梢相当于各断面水流条件相同的一条无限长直水槽,主要适用于细颗粒泥沙试验。通过调节环形槽和剪力环的转速减弱副流的影响，使水槽内流速分布相对合理.环形水槽结构如图5.1所示。O1.3WWKWWV4/1S力坏BJ卜微环/口/岷K5.1环形水情绪构示面图5.2.3采用环形水槽进行试验前，调整剪力环至水面时，若剪力环底面浸入水中的深度过小，则对水的剪切效果不够，不能在环形水槽中产生恒定的流速条件：若剪力环底面浸入水中的深度过大,则会在转动过程中