临界切应力与流速：突破流体运动限制

黏性土冲刷研究中，确定临界切应力或临界流速在生产中有直接意义。可以直接回答某种黏性土在什么水力条件下会发生冲刷的问题。水土保持、渠道和公路边坡稳定等课题，需要这个临界值作为规划设计的标准。在计算冲刷率的公式中，多数作者引入临界条件。加之临界条件比较单一，较易得出一定的成果。所以前人对临界条件做了较多的工作。

（1）Dunn通过淹没射流试验得出的临界切应力τc与十字板抗剪强度S的经验关系是

式中：θ为一个参数，由小于0.06mm的细沙百分比含量、塑性指数和颗粒级配确定。

（2）Smerdon和Beasley建立的τc与塑性指数Ip的关系是

τc与分散度Dr的关系是

τc与含黏量的关系见图1。

（3）Migniot得出的河口淤泥的τc值与干容重σ的关系是

图1　τc与含黏量的关系

其中τc以g/cm2计，σ以kg/m3计。

（4）唐存本的临界切应力公式为

式中：σ为床面干容重；σ0为密实床面干容重，取为1.6g/cm3；K为常数取为2.9×10-4 g/cm。

（5）Cormault用临界摩阻流速来表示(www.xing528.com)

式中：U*c以cm/s计；σ为以kg/m3床面干容重kg/m3计。

（6）Migniot认为淤泥质属于宾汉体范畴，U*c与宾汉极限切应力存在着明显的相关。对于尚未完全固结，处于塑性状态的淤泥质有

对于已经固结的淤泥质则有

式中：U*c以cm/s计；τB以dyn/cm2计。

（7）另一类临界条件用平均流速表示，如窦国仁用

式中：ha为大气压强；δ为水分子厚度3×10-8cm。

而唐存本用

式中：m=4.7（h/d）0.06，天然河道m=6，c=2.9×10-4g/cm；σ为不稳定干容重。

武汉水电学院则用

这一类公式都有两项：一项是重力的贡献；一项是黏结力的贡献。每个公式都有两个以上待定系数。随着粒径的减小重力项减小，黏结力项增大。在粒径为0.05mm附近出现最小值，向两个方向变化都需要更大的起动流速。

概括起来，临界条件有关的因素有：粒径，干容重，含水量，十字板抗剪强度，宾汉极限剪切力，塑性指数，黏粒含量等。其中主要因素与能否构造或借用新的更有代表性的因素来表征抗冲性，则需作进一步的野外资料分析和试验研究工作。