珊瑚砂运动及岸滩演变特性
定价：￥168.00
作者： 陈杰等
出版时间：2026-08
出版社：科学出版社
- 科学出版社
- 9787030865915
- 1版
- 2026-08
作者简介
内容简介
本书围绕珊瑚砂运动及岸滩演变这一兼具科学意义与工程价值的问题，系统梳理珊瑚砂的组成特征、颗粒形态、沉降、扩散、休止角、起动输移及岸滩演变规律，并结合室内实验、理论分析与工程背景，讨论珊瑚砂区别于常见石英砂的特殊机理与应用特征。书中注重从泥沙运动力学与岛礁上珊瑚砂相结合的视角，对相关实验结果、主要影响因素和若干预测方法进行归纳与比较，力求在学术研究与工程实践之间建立较为清晰的联系。
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与科学意义 2
1.1.1 珊瑚礁生态修复需求 2
1.1.2 修复工程面临的泥沙问题 2
1.1.3 传统泥沙运动理论在珊瑚砂应用中的局限性 3
1.2 珊瑚与珊瑚礁 3
1.3 珊瑚砂的起源 7
1.3.1 珊瑚砂组成与微观结构 8
1.3.2 颗粒形状的多样性与表征 8
1.3.3 物理特性 8
1.4 珊瑚砂运动类型 8
1.5 泥沙运动力学理论发展历程 10
1.5.1 泥沙沉降理论 10
1.5.2 泥沙起动理论 10
1.5.3 泥沙输移与岸滩演变理论 11
1.6 国内外研究进展 11
1.6.1 珊瑚砂颗粒形状特征研究 11
1.6.2 珊瑚砂单颗粒沉降特性研究 12
1.6.3 珊瑚砂颗粒云扩散特性研究 13
1.6.4 珊瑚砂休止角特性研究 15
1.6.5 珊瑚砂颗粒起动特性研究 16
1.6.6 珊瑚砂质岸滩演变特性研究 17
1.7 本书主要内容 17
参考文献 19
第2章 珊瑚砂颗粒形状特征 27
2.1 珊瑚砂颗粒形状的形成机制 28
2.1.1 沉积物颗粒形状的基本特征 28
2.1.2 生物骨骼结构对颗粒形状的影响 28
2.2 颗粒形态测量技术的发展历程 29
2.2.1 从定性描述到视觉比对图（1930～1970年） 29
2.2.2 模拟测量时代的几何参数定义（1930～1990年） 29
2.2.3 数字图像处理与三维形状重构技术（2000～2025年） 30
2.3 现有颗粒形状量化方法 30
2.3.1 颗粒形状参数 30
2.3.2 颗粒形状分类方法 33
2.4 珊瑚砂颗粒形状测量实验 35
2.5 珊瑚砂颗粒形状特征统计分析 39
2.5.1 中值等容粒径 39
2.5.2 中值科里形状系数 48
2.5.3 不同形状颗粒分布特征 50
2.6 本章小结 52
参考文献 52
第3章 珊瑚砂单颗粒沉降特性 55
3.1 单颗粒沉降的受力机制 56
3.1.1 颗粒沉降过程中的基本受力 56
3.1.2 阻力形成与流动分离 56
3.2 非球形颗粒动力学特性 57
3.2.1 形状对流场结构的干扰效应 57
3.2.2 颗粒姿态变化与旋转运动 58
3.2.3 内孔隙对有效密度和惯性响应的影响 58
3.3 现有单颗粒沉降模型综述 59
3.3.1 经典球体阻力模型演变 59
3.3.2 形状修正因子 60
3.3.3 斯托克斯颗粒沉降理论 60
3.3.4 阻力系数 64
3.3.5 沉降速度 65
3.4 珊瑚砂单颗粒沉降实验 66
3.5 珊瑚砂单颗粒沉降特性分析 69
3.5.1 珊瑚砂颗粒沉降轨迹分析 70
3.5.2 珊瑚砂颗粒沉降速度预测公式 73
3.5.3 颗粒形状类型对珊瑚砂颗粒沉降速度的影响 77
3.6 本章小结 78
参考文献 78
第4章 珊瑚砂颗粒云与羽流扩散特性 81
4.1 珊瑚礁生态中的泥沙羽流问题 82
4.1.1 珊瑚悬浮物的产生与演化 82
4.1.2 悬沙扩散对珊瑚礁生态系统的环境威胁 82
4.1.3 “颗粒云”与“连续羽流” 84
4.2 颗粒云运动的流体力学理论基础 84
4.2.1 守恒关系与卷吸假设 84
4.2.2 剪切层发展与紊流卷吸 85
4.2.3 颗粒流与水体相互作用 85
4.3 珊瑚砂颗粒云扩散的影响因素 85
4.3.1 颗粒形状对涡环结构和阻力的影响 86
4.3.2 颗粒聚集对群体沉降的影响 87
4.3.3 内孔隙对有效密度和浮力通量的影响 87
4.4 现有颗粒云扩散预测方法 87
4.4.1 定量释放下石英砂颗粒云扩散预测公式 87
4.4.2 连续释放下石英砂颗粒云扩散预测公式 91
4.5 珊瑚砂颗粒云扩散实验 92
4.5.1 珊瑚砂颗粒云定量释放扩散实验 92
4.5.2 珊瑚砂颗粒云连续释放扩散实验 94
4.5.3 实验数据处理与提取 95
4.6 珊瑚砂颗粒云扩散特性分析 96
4.6.1 定量释放下珊瑚砂颗粒云扩散特性分析 96
4.6.2 连续释放下珊瑚砂颗粒云扩散特性分析 104
4.7 本章小结 111
参考文献 111
第5章 珊瑚砂休止角特性 113
5.1 休止角的基本概念与形成机制 114
5.1.1 休止角的定义及工程意义 114
5.1.2 颗粒间作用力与堆积稳定性 114
5.2 现有休止角预测方法 115
5.2.1 颗粒液桥力模型 115
5.2.2 经验公式 116
5.3 珊瑚砂休止角实验 117
5.4 珊瑚砂休止角特性分析 120
5.4.1 含水率对珊瑚砂休止角的影响分析 120
5.4.2 颗粒形状对珊瑚砂休止角的影响分析 124
5.4.3 与现有石英砂休止角预测公式对比 126
5.4.4 珊瑚砂休止角预测公式建立 128
5.5 本章小结 131
参考文献 132
第6章 珊瑚砂颗粒起动特性 133
6.1 泥沙起动的多尺度流体力学机制 134
6.1.1 泥沙起动研究的认识论演进 134
6.1.2 近壁紊流对颗粒起动的影响 136
6.1.3 床面颗粒的基本受力 136
6.1.4 起动判别标准 137
6.2 珊瑚砂起动受力模型 138
6.2.1 颗粒起动过程中的受力 138
6.2.2 临界起动条件 140
6.3 陆源无黏性砂起动条件 141
6.3.1 临界起动拖曳力 141
6.3.2 颗粒形状对起动条件的影响 143
6.3.3 临界起动流速 144
6.4 单向流作用下的泥沙起动阈值理论分析 145
6.4.1 单向流作用下的泥沙Shields数分析 146
6.4.2 单向流作用下的泥沙临界起动流速分析 147
6.5 振荡流作用下的泥沙起动阈值理论分析 148
6.5.1 振荡流作用下的泥沙Shields数分析 148
6.5.2 振荡流作用下的临界近底轨迹峰值流速分析 150
6.6 珊瑚砂起动实验 150
6.7 单向流作用下的珊瑚砂起动特性分析 151
6.7.1 单向流作用下的珊瑚砂Shields数分析 151
6.7.2 单向流作用下的珊瑚砂临界起动流速分析 154
6.8 振荡流作用下的珊瑚砂起动特性分析 159
6.8.1 振荡流作用下的珊瑚砂Shields数分析 159
6.8.2 振荡流作用下的珊瑚砂临界近底轨迹峰值流速分析 162
6.9 本章小结 166
参考文献 167
第7章 珊瑚砂质岸滩演变特性 169
7.1 岸滩演变动力学的理论基础 170
7.2 岸滩剖面类型 170
7.3 侵蚀型沙坝剖面参数化 172
7.4 珊瑚砂质岸滩演变实验 174
7.5 波浪作用下珊瑚砂质岸滩演变特性分析 176
7.5.1 波浪作用下珊瑚砂质岸滩演变结果 176
7.5.2 波浪作用下珊瑚砂质岸滩床沙级配变化分析 181
7.5.3 珊瑚砂质岸滩平衡剖面特征分析 182
7.5.4 珊瑚砂质沙坝剖面形态分析 185
7.6 本章小结 187
参考文献 188
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与科学意义 2
1.1.1 珊瑚礁生态修复需求 2
1.1.2 修复工程面临的泥沙问题 2
1.1.3 传统泥沙运动理论在珊瑚砂应用中的局限性 3
1.2 珊瑚与珊瑚礁 3
1.3 珊瑚砂的起源 7
1.3.1 珊瑚砂组成与微观结构 8
1.3.2 颗粒形状的多样性与表征 8
1.3.3 物理特性 8
1.4 珊瑚砂运动类型 8
1.5 泥沙运动力学理论发展历程 10
1.5.1 泥沙沉降理论 10
1.5.2 泥沙起动理论 10
1.5.3 泥沙输移与岸滩演变理论 11
1.6 国内外研究进展 11
1.6.1 珊瑚砂颗粒形状特征研究 11
1.6.2 珊瑚砂单颗粒沉降特性研究 12
1.6.3 珊瑚砂颗粒云扩散特性研究 13
1.6.4 珊瑚砂休止角特性研究 15
1.6.5 珊瑚砂颗粒起动特性研究 16
1.6.6 珊瑚砂质岸滩演变特性研究 17
1.7 本书主要内容 17
参考文献 19
第2章 珊瑚砂颗粒形状特征 27
2.1 珊瑚砂颗粒形状的形成机制 28
2.1.1 沉积物颗粒形状的基本特征 28
2.1.2 生物骨骼结构对颗粒形状的影响 28
2.2 颗粒形态测量技术的发展历程 29
2.2.1 从定性描述到视觉比对图（1930～1970年） 29
2.2.2 模拟测量时代的几何参数定义（1930～1990年） 29
2.2.3 数字图像处理与三维形状重构技术（2000～2025年） 30
2.3 现有颗粒形状量化方法 30
2.3.1 颗粒形状参数 30
2.3.2 颗粒形状分类方法 33
2.4 珊瑚砂颗粒形状测量实验 35
2.5 珊瑚砂颗粒形状特征统计分析 39
2.5.1 中值等容粒径 39
2.5.2 中值科里形状系数 48
2.5.3 不同形状颗粒分布特征 50
2.6 本章小结 52
参考文献 52
第3章 珊瑚砂单颗粒沉降特性 55
3.1 单颗粒沉降的受力机制 56
3.1.1 颗粒沉降过程中的基本受力 56
3.1.2 阻力形成与流动分离 56
3.2 非球形颗粒动力学特性 57
3.2.1 形状对流场结构的干扰效应 57
3.2.2 颗粒姿态变化与旋转运动 58
3.2.3 内孔隙对有效密度和惯性响应的影响 58
3.3 现有单颗粒沉降模型综述 59
3.3.1 经典球体阻力模型演变 59
3.3.2 形状修正因子 60
3.3.3 斯托克斯颗粒沉降理论 60
3.3.4 阻力系数 64
3.3.5 沉降速度 65
3.4 珊瑚砂单颗粒沉降实验 66
3.5 珊瑚砂单颗粒沉降特性分析 69
3.5.1 珊瑚砂颗粒沉降轨迹分析 70
3.5.2 珊瑚砂颗粒沉降速度预测公式 73
3.5.3 颗粒形状类型对珊瑚砂颗粒沉降速度的影响 77
3.6 本章小结 78
参考文献 78
第4章 珊瑚砂颗粒云与羽流扩散特性 81
4.1 珊瑚礁生态中的泥沙羽流问题 82
4.1.1 珊瑚悬浮物的产生与演化 82
4.1.2 悬沙扩散对珊瑚礁生态系统的环境威胁 82
4.1.3 “颗粒云”与“连续羽流” 84
4.2 颗粒云运动的流体力学理论基础 84
4.2.1 守恒关系与卷吸假设 84
4.2.2 剪切层发展与紊流卷吸 85
4.2.3 颗粒流与水体相互作用 85
4.3 珊瑚砂颗粒云扩散的影响因素 85
4.3.1 颗粒形状对涡环结构和阻力的影响 86
4.3.2 颗粒聚集对群体沉降的影响 87
4.3.3 内孔隙对有效密度和浮力通量的影响 87
4.4 现有颗粒云扩散预测方法 87
4.4.1 定量释放下石英砂颗粒云扩散预测公式 87
4.4.2 连续释放下石英砂颗粒云扩散预测公式 91
4.5 珊瑚砂颗粒云扩散实验 92
4.5.1 珊瑚砂颗粒云定量释放扩散实验 92
4.5.2 珊瑚砂颗粒云连续释放扩散实验 94
4.5.3 实验数据处理与提取 95
4.6 珊瑚砂颗粒云扩散特性分析 96
4.6.1 定量释放下珊瑚砂颗粒云扩散特性分析 96
4.6.2 连续释放下珊瑚砂颗粒云扩散特性分析 104
4.7 本章小结 111
参考文献 111
第5章 珊瑚砂休止角特性 113
5.1 休止角的基本概念与形成机制 114
5.1.1 休止角的定义及工程意义 114
5.1.2 颗粒间作用力与堆积稳定性 114
5.2 现有休止角预测方法 115
5.2.1 颗粒液桥力模型 115
5.2.2 经验公式 116
5.3 珊瑚砂休止角实验 117
5.4 珊瑚砂休止角特性分析 120
5.4.1 含水率对珊瑚砂休止角的影响分析 120
5.4.2 颗粒形状对珊瑚砂休止角的影响分析 124
5.4.3 与现有石英砂休止角预测公式对比 126
5.4.4 珊瑚砂休止角预测公式建立 128
5.5 本章小结 131
参考文献 132
第6章 珊瑚砂颗粒起动特性 133
6.1 泥沙起动的多尺度流体力学机制 134
6.1.1 泥沙起动研究的认识论演进 134
6.1.2 近壁紊流对颗粒起动的影响 136
6.1.3 床面颗粒的基本受力 136
6.1.4 起动判别标准 137
6.2 珊瑚砂起动受力模型 138
6.2.1 颗粒起动过程中的受力 138
6.2.2 临界起动条件 140
6.3 陆源无黏性砂起动条件 141
6.3.1 临界起动拖曳力 141
6.3.2 颗粒形状对起动条件的影响 143
6.3.3 临界起动流速 144
6.4 单向流作用下的泥沙起动阈值理论分析 145
6.4.1 单向流作用下的泥沙Shields数分析 146
6.4.2 单向流作用下的泥沙临界起动流速分析 147
6.5 振荡流作用下的泥沙起动阈值理论分析 148
6.5.1 振荡流作用下的泥沙Shields数分析 148
6.5.2 振荡流作用下的临界近底轨迹峰值流速分析 150
6.6 珊瑚砂起动实验 150
6.7 单向流作用下的珊瑚砂起动特性分析 151
6.7.1 单向流作用下的珊瑚砂Shields数分析 151
6.7.2 单向流作用下的珊瑚砂临界起动流速分析 154
6.8 振荡流作用下的珊瑚砂起动特性分析 159
6.8.1 振荡流作用下的珊瑚砂Shields数分析 159
6.8.2 振荡流作用下的珊瑚砂临界近底轨迹峰值流速分析 162
6.9 本章小结 166
参考文献 167
第7章 珊瑚砂质岸滩演变特性 169
7.1 岸滩演变动力学的理论基础 170
7.2 岸滩剖面类型 170
7.3 侵蚀型沙坝剖面参数化 172
7.4 珊瑚砂质岸滩演变实验 174
7.5 波浪作用下珊瑚砂质岸滩演变特性分析 176
7.5.1 波浪作用下珊瑚砂质岸滩演变结果 176
7.5.2 波浪作用下珊瑚砂质岸滩床沙级配变化分析 181
7.5.3 珊瑚砂质岸滩平衡剖面特征分析 182
7.5.4 珊瑚砂质沙坝剖面形态分析 185
7.6 本章小结 187
参考文献 188
