泥石流冲击荷载的概率密度分布试验研究.pdf

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1、第47卷第l4期人民长江Vot．47，No．142016年7月YangtzeRiverJuly，2016文章编号：lO01—4179(2016)l4—0090—05泥石流冲击荷载的概率密度分布试验研究何晓英，唐红梅，陈洪凯(重庆交通大学岩土工程研究所，重庆400074)摘要：建立浆体黏度和级配固相颗粒组合条件下的泥石流冲击室内模型，进行5种浆体黏度、5种固相比和4种颗粒粒径组合的85组试验。对试验数据进行概率统计，分析试验条件下泥石流体的冲击荷栽概率密度分布特征。分析结果表明：冲击荷栽概率密度曲线符合Gauss分布形式，拟合吻

2、合度均达97％以上，中误差小于0．01；从形态上将实验中的概率密度曲线划分为单峰、奇异单峰、多峰及双驼峰分布形式，得到各种分布形式所对应的工况；仅考虑浆体黏度时，概率密度分布曲线随着浆体黏度的增大由单峰变为奇异单峰甚至多峰的分布形式；不考虑浆体黏度时，则是随固相颗粒粒径的增大同样由单峰变为奇异单峰及多峰的形式。关键词：冲击荷载；概率密度；模型试验；浆体黏度；泥石流中图法分类号：P642文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．14．021切紊流区为偏态；陈洪凯等通过水石流体的室内模型1

3、研究背景试验揭示了水石流冲击脉动荷载概率分布特性¨，发概率密度是变量幅值落在某指定范围内的概率，现随固相比增大，其冲击荷载概率密度由正态分布变可直观反映其分布特征。概率密度函数在神经网络、为高斯分布。数据分析、统计学习理论的应用及众多现实问题的解本文开展泥石流浆体黏度、固相比及颗粒粒径等决中都发挥着重要的作用，目前在海浪波⋯、声波因素组合的系列模型试验，获取泥石流冲击波谱，据此与冲击波]、地震波等波谱特征分析中得到了大量探讨泥石流冲击脉动荷载的概率分布特征，揭示试验的应用，对于推动分析波谱的细节特征与脉动特性起条件下黏性泥石流

4、的冲击荷载特性。到积极作用。2泥石流冲击试验泥石流作为典型的固液两相流体，冲击过程具有显著的脉动性⋯，分析其冲击特性对于丰富动力学研2．1试验模型究内容与泥石流沟地貌演化及公路沿线泥石流灾害防在重庆交通大学泥石流动力模型试验场地修筑泥治工程结构设计均十分重要。概率密度分布特征石流试验模型。泥石流沟槽长15m，沟槽宽度0．5m，是泥石流冲击压力的一个重要统计特性，其概率密度深度0．6m，设置2个弯道，坡度分别为27。与10。。沟函数对于推断泥石流脉动幅值的分布特性、确定其冲槽顶端为水源箱以提供水源，储水量1．5m。。水源箱击压力

5、及其泥石流防治结构荷载取值均有重要意义。出口放置木质碎石漏斗，供放物源材料，体积0．26然而目前对于泥石流冲击荷载的概率密度特性研m。沟口设置HS800型应力传感器，接受泥石流冲究较少，仅卢金友等分析了河流脉动流速的概率分击，精度5％o，连接DH5922型动态信号测试系统记录布，发现其在自由紊流区近似为正态，在近壁强剪信号，采样频率1kHz。用精度为400fpt的高速摄像仪收稿日期：2016一Ol一09资助项目：国家自然科学基金(41071017)；重庆市教委科学技术研究项目(KJ1500503)作者简介：何晓英，女，博士，讲

6、师，主要从事泥石流动力学与复杂介质研究。E—mail：diewucanxue@126．corn第14期何晓英，等：泥石流冲击荷载的概率密度分布试验研究91记录泥石流运动过程(图1)。3试验结果分析3．1冲击荷载曲线实施了85组泥石流冲击实验，获取了5084500多个测试数据。由于DH5922动态信号测试分析系统采集到的信号包含系统本身与环境的噪声，为获取逼近真实的信号，本实验采用db小波按“小波分解一高频系数阈值处理一信号重构”的步骤进行高精度8层尺度软阈值降噪处理，如黏度为0．93Pa·s，固相比为0．04，颗粒粒径为0．8

7、～1．0cm的工况C的冲击荷载一历时曲线如图2所示。图1试验模型设计平面图(单位：m)2．2试验工况与过程试验进行了5种浆体黏度、5种固相比和4种颗粒粒径正交组合下的85组泥石流冲击特性试验，试验工况C为：r／=1，2，3，4，5；r=1，2，3，4，5；d=0，1，2，3，4。其中r／=1，2，⋯，5指泥石流浆体黏度分别为o5lo1520zb3035冲击历时／s0(清水)，0．13，0．37，0．72，0．93Pa·s，采用淀粉醚、图2C工况小波消噪熟胶粉与水配比而成，采用NDJ一1旋转黏度计测定3．2冲击荷载概率分布特征配

8、制后的泥石流浆体，使其达到预期黏度要求；r=1，冲击荷载统计信息。对所获得的冲击荷载数据进2，⋯，5指泥石流固相比分别为0，0．02，0．04，0．08，行分析，得到泥石流冲击荷载均值与标准差分布(表0．16，固相比为固相颗粒体积与泥石流体的体积之1)，具有下述特性。比；d=