泥石流流速计算与模型设计方法.pdf

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1、第３７卷第４期人民黄河Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．４２０１５年４月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＡｐｒ．，２０１５【水文泥沙】泥石流流速计算与模型设计方法张罗号１，张红武２，张锦方２，张廷伟２（１．河海大学水利水电学院，江苏南京２１００９８；２．清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京１０００８４）摘要：简述了泥石流模型设计现状与泥石流运动特性，认为泥石流模型设计必须抓住对泥石流起支配作用的物理法则确定相似条件。鉴于确定泥石流流速对把握泥石流运动与动力特征起着至关重要的作用，对泥石流流速公式进行了系统研究。资料检验表明

2、，基于高浓度挟沙规律建立的泥石流流速公式，用黏性泥石流和稀性泥石流资料进行验证的结果均较好，可在泥石流模型设计中使用。在此基础上，归纳出了以泥石流流速比尺等于流速比尺这一相似条件为重点的泥石流模型设计方法。关键词：相似条件；模型设计；流速；泥石流中图分类号：Ｐ６４２．２３文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３７９．２０１５．０４．００５目前，关于泥石流运动及动力机理的研究还不成似，分为启动、运动、堆积３个阶段。从运动形式上看，熟，许多方面的认知尚不清晰，完全从理论上得到的泥水平运动是其

3、基本的运动形式，垂向和横向运动则是石流输移与堆积计算结果很难同实际符合。同时，特派生的和不稳定的。野外观察表明，泥石流在大比降殊的沟道地形对泥石流运动过程影响很大，由于沟道沟道内运动时，容易挟持沿途巨石随流而下，同时可冲边界条件复杂，难以运用解析法定量描述泥石流运动蚀、淘空深数米至数十米的沙质沟床，能携带许多石块过程，因此研究和论证泥石流问题必须借助于模型在比较狭窄的条带上作直线运动，但在运动过程中还试验。会出现弯道超高和冲高现象，以很大的动能冲击和破不少学者认为泥石流模型设计可参照河工模型的坏流路上的障碍物，迅

4、速通过峡谷直泻山口之外。其设计方法，原因是泥石流的物理特性和运动［特１］性在若运动过程中既有水流、泥沙、石块不断汇入、侵蚀下切干方面与高含沙水流相差不大，如胡平华等通过泥石流试验提出的相似条件与一般的挟沙水流相似律基的形成阶段，又有沙、石停息于边岸、凸岸的堆积阶段。本相同；王协康等［２］认为稀性泥石流试验可参考一般泥石流流速ｖｎ是反映泥石流运动力学的最重要挟沙水流，而黏性泥石流应以高含沙泥浆为基础，其相的特征值，同时也是泥石流防治工程设计的基本参数，似条件可近似采取张红武提出的某些模型比尺。只有它才能在实际工程中

5、综合表征上述泥石流运动过研究发现，泥石流的运动规律有其自身特性。大程中的动力学特征。部分情况下，泥石流不仅会出现高含沙洪水与一般挟尽管确定ｖｎ对把握泥石流动力特征起着至关重沙水流的输沙，而且还有较大规模的推移质输沙。因要的作用，但受测试手段和学科研究水平的限制，尚难此，现有的河工模型设计方法不能直接用于泥石流模直接建立既有一定理论基础又有实用价值的泥石流流型设计。对泥石流的模型设计，除与常规河工模型设速计算公式。目前工程上常见的泥石流流速公式分为计方法一样需要满足水流运动相似条件外，还应有独黏性泥石流流速公式和稀

6、性泥石流流速公式。特的相似要求，尤其要把握泥石流运动特点，抓住对泥１．２黏性泥石流流速计算公式石流起支配作用的物理法则并确定相似条件。为此，吴积善等［３］分析了国内的黏性泥石流流速公式，笔者在寻求泥石流流速计算方法的基础上，对泥石流认为可按泥石流阻力大小分为低阻型、中阻型及高阻模型的设计方法进行了探讨。型泥石流计算公式。１泥石流运动与以往的流速计算公式收稿日期：２０１４１１３０作者简介：张罗号（１９８９—），女，河南淮阳人，硕士研究生，研１．１泥石流的运动究方向为水力学及河流动力学。自然泥石流与一般事物的发生、发

7、展、消亡过程类Ｅｍａｉｌ：ｚｌｈ６７８＠ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｍ·１８·人民黄河２０１５年第４期１．２．１低阻型泥石流流速计算公式模较小的黏性泥石流可取０．２～０．３；对于稀性泥石这类公式来源于云南东川蒋家沟和小江大白泥沟流，应视泥石流规模大小分别取０．２５～０．３０、０．１５～暴雨泥石流地区的观测资料。该类泥石流流态表现为０．２０。阵性流，泥石流体搅拌十分均匀，流体内物质组成较均１．３稀性泥石流流速计算公式一，巨石较少，粒径小于０．００５ｍｍ的黏土浆液充填于２０世纪５０—６０年代，苏联学者斯里勃内依提出粗颗粒间的

8、孔隙里，泥浆中的土体组成以黏土颗粒占了如下公式［８］：优势，沟床为泥浆所覆盖，变得光滑平顺，阻力较小，２／３１／４ｎｃｖｎ＝（ｍ０／ａ）ＨｃＪｃ（５）（泥石流沟床糙率系数）值在０．０６以下，流速有［４时］可ａ＝［γｓ（γｃ－１）＋１］１／２（６）高达１５ｍ／ｓ。这一类公式常见的是唐志成公式，该γｓ－γｃ公式根据云南东川蒋家沟１９６５—１９６７年、１９７３—１９７５式中：ｍ