水力类泥石流冲出规模模拟实验

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1、第２３卷第２期地质灾害与环境保护Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２２０１２年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＨａｚａｒｄｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＰｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎＪｕｎｅ２０１２文章编号：１００６－４３６２（２０１２）０２－０１０７－０６水力类泥石流冲出规模模拟实验屈永平１，唐川１，崔晓飞１，杨特波２（１．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都６１００５９；２．中国地质大学（北京）能源学院，北京１０００８３）摘要：在物源条件一定的情况下，通过实验模拟，研究水力类泥石流在不同流速、流量和纵比降组合条件下的沟道启动

2、、揭底机理和运动特征。用Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－ｕｌｋｌｅｙ模型分析泥石流运动时的受力情况，整理实验数据获得侵蚀高度与纵比降的关系和流量与揭底距离的关系。关键词：贵州；水力类泥石流；实验模拟；启动机理中图分类号：Ｐ６４２．２３；ＴＶ１３１．６１文献标识码：Ａ喀斯特地貌的总面积占地球总面积的１０％，贵析的核心问题。这些力可以概括为：（１）在水作用过州地区喀斯特地貌以石灰岩、白云岩、泥灰岩等可溶程中的孔隙水压力和非饱和时的空隙负压力；（２）与性岩为主。可溶岩类以溶蚀作用为主，还包括流水泥石流容重和河床纵比降有关的重力分力；（３）液体［５］的冲蚀、潜蚀

3、，以及坍陷等机械侵蚀，形成大量的松相对于固体颗粒的运动所决定的输移力；（４）水石散堆积物。通过野外调查、取样和室内颗分等表明流运动过程中与沟道之间的摩擦力；通过沟槽（床）［１０］贵州地区喀斯特地貌的泥石流为水力类泥石流；水拖曳启动型机理分析，其Ｃｏｕｌｏｍｂ强度公式：［１］力类泥石流为典型的水动力类泥石流；贵州地区τ＝ｃ＋δｔａｎθ（１）水力类泥石流主要发育在风化严重、基岩裸露、侵蚀１．１流动特性［２］严重的山区。水力类泥石流在沿流动方向和垂直流动方向都本文针对水力类泥石流启动、流动特征及沟床因为能量扩散效应与周围物质发生相对运动；为维物质

4、交换等进行了室内水力实验。分析在物源和糙持它们的运动，水体与沟道、松散物质发生物质交换率固定的条件下，实验满足沟床物质起动从而形成和能量传递；其能量是通过流体流速变化，推移质在［４］泥石流的条件。通过实验希望得到：（１）分析水力沟床面上以滚动、滑动和跳跃的形式传递；在运动中类泥石流沟道启动的流动特征，沟道启动机理；（２）经常和沟床、颗粒间发生接触、挤压、转动和碰撞等。模拟在不同流量时，沟床揭底情况跟流量和坡度之当冲击力大于沟床面与泥沙颗粒之间的摩擦力及堆间的关系；（３）模拟在不同流量时，冲出距离、堆积扇积物层间屈服应力时，表层以下的沙粒亦会

5、在竖直堆积长度及厚度同流量和坡度之间的关系。和水平方向发生相对运动，随着流速的不断加强，运动不断向深层发展，形成了层移质。１机理分析水力类泥石流在沿沟道运动时，因竖直方向的［１１］沟道堆积物的应力状态ＥｍｍａｎｕｅｌＪ．Ｇａｂｅｔ流速差导致剪应力在竖直方向的环形剪涨运动出现认为泥石流启动过程是剪涨的过程，颗粒结构发生波动现象；在流动方向因物质波动性及能量交换时破坏和重新组合，到达运动的平衡。泥石流流域内的动量守恒出现阵流特征，每次阵流两龙头间的距的水和松散固体物质之间的相互作用力，及其运动离也因为容重、流速、坡度、流量等发生规律性的变过程中

6、能量的传递和损失等是泥石流研究的受力分化（１０～１００ｃｍ之间），流量越大，颗粒含量越高，收稿日期：２０１１－１２－２０改回日期：２０１２－０３－０８基金项目：９７３科技计划项目（２０１１ＣＢ４０９９３）１０８地质灾害与环境保护２０１２年龙头间的距离越短，波动周期越短；在横向上，因为流速度可知泥石流在屈服层的剪切力。流量、坡度的变化出现规律的摆动现象，有的地方侵蚀程度、搬运情况较其他要严重，在河床上形成“Ｓ”２实验装置及参数型的次级冲沟，冲蚀情况与流量、坡度成正相关关系，在上、下游冲刷体、堆积体表面、剖面出现明显的２．１实验装置分选和分层规

7、律的排列现象。通过野外实地调查发现，水力类泥石流多发生１．２流动流体模式在基岩出露、风化严重的山区。这些地区的沟床受水力类泥石流是由清水及含沙浓度低的颗粒粘山洪的强烈侵蚀，使得沟道深切，并形成了典型的低性流体组成。在启动过程中，通过层间剪切流变启糙率的“Ｕ”型沟道；沟道内堆积着大量的结构破碎动，其流变特性即可用Ｂｉｎｇｈａｍ模型来描述。松散的岩土体；沟道坡度大，较顺直，因此，采用了等根据Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ模型，认为构成不同的比列的直斜型小型模拟实验沟槽。该装置由４部分剪切层和中间层，剪应力是在两个界面层的屈服应组成：蓄水槽、液

8、压支架、泥石流沟槽、承接板（图［１２］力。由剪应力构成的泥石流的本构方程可用１）。［１３］Ｂｉｎｇｈａｍ模型表达：有机玻璃实验槽为４００ｃｍ长、２６ｃｍ宽、３５ｃｍｄｕ深的矩形槽