沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响

吕立群; 王兆印; 崔鹏; 徐梦珍

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

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沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响

吕立群, 王兆印, 崔鹏, 徐梦珍

文章导航 > 水科学进展 > 2018 > 29(2): 213-220

吕立群, 王兆印, 崔鹏, 徐梦珍. 沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 213-220. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

引用本文:

吕立群, 王兆印, 崔鹏, 徐梦珍. 沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 213-220. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

LYU Liqun, WANG Zhaoyin, CUI Peng, XU Mengzhen. Role of bank erosion on the unsteady dynamics of debris flow motion[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 213-220. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

Citation:

LYU Liqun, WANG Zhaoyin, CUI Peng, XU Mengzhen. Role of bank erosion on the unsteady dynamics of debris flow motion[J]. Advances in Water Science, 2018, 29(2): 213-220. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

1.
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;
2.
中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室, 四川成都 610041

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51479091；41790434）

详细信息

作者简介:
吕立群(1986-),男,山东莱芜人,博士,主要从事河流动力学和山地灾害研究。E-mail:lvliqunqinghua@126.com

通讯作者:
王兆印,E-mail:zywang@tsinghua.edu.cn

中图分类号: TV147

Role of bank erosion on the unsteady dynamics of debris flow motion

1.
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2.
Mountain Hazard and the Earth's Surface Processes Key Laboratory, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China

摘要: 泥石流作为非牛顿体，屈服应力大，运动过程通常不稳定。前人建立了许多模型来研究沟床揭底和堰塞体溃决对泥石流不稳定动力过程的影响，沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响研究较少。通过侧蚀为主的模型和完全底蚀的模型两种水槽实验的对比，针对泥石流的动力过程展开研究。实验发现两种工况条件下泥石流正应力和孔隙水压力随着龙头高度沿程波动性的增长而相应地波动性增大，但侧蚀作用使得这种波动特征更加明显。通过力学分析，证明侧蚀作用导致泥石流龙头的阻力更大，但是龙身颗粒和龙头颗粒的速度差更大，使得龙头附加坡降更大，因此，侧蚀作用使得泥石流龙头的平均速度更快。泥石流龙头浓度和容重的不断增大，使得阻力不断增大，阻力和动力的动态平衡关系是泥石流不稳定运动的原因之一。
- 侧蚀 /
- 底蚀 /
- 有效应力 /
- 阻力 /
- 附加坡降 /
- 孔隙水压力
Abstract: Debris flow as non-Newtonian fluid has a large yield stress and moved unsteadily. Many models have been established to study the impact of erosion on the unsteady motion, but most of the models were studied the role of the bottom erosion and dam break on the debris flow motion. Less researches studied the role of gully bank erosion on the unsteady dynamic of debris flow. This paper analyzed the role of bank erosion on the debris flow dynamics through flume experiments by bank erosion-dominant and bottom erosion models. The experiments showed that the normal stress and pore water pressure of debris flow increased unsteadily along with the increase of the height of the debris flow head, but the bank erosion made the fluctuation more obvious. The mechanical equation demonstrated that bank erosion enhanced the increase of the frictional resistance. However, the greater velocity difference between the flow body and flow head made the additional gradient of the flow head greater under the bank erosion-dominant condition, so the bank erosion increased the average velocity of debris flow. The dynamic balance between head resistance and power lead to the unsteady motion of debris flow.
- bank erosion /
- botton erosion /
- effective stress /
- frictional resistance /
- additional gradient /
- pore pressure

[1]	假冬冬, 陈诚, 牛晨曦, 张幸农. 岸滩侧蚀崩塌速率的试验量测方法 . 水科学进展, 2018, 29(4): 537-542. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.009
[2]	假冬冬, 夏海峰, 陈长英, 张幸农. 岸滩侧蚀对航道条件影响的三维数值模拟——以长江中游太平口水道为例 . 水科学进展, 2017, 28(2): 223-230. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.02.007
[3]	吕立群, 王兆印, 崔鹏, 徐梦珍. 沟岸侧蚀对泥石流形成和运动过程的影响 . 水科学进展, 2017, 28(4): 553-563. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.04.009
[4]	马殿光, 董伟良, 徐俊锋. 沙波迎流面流速分布公式 . 水科学进展, 2015, 26(3): 396-403. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.017
[5]	假冬冬, 黑鹏飞, 邵学军, 张幸农. 分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟 . 水科学进展, 2014, 25(1): 83-89.
[6]	朱德军, 陈永灿, 刘昭伟, 李钟顺. 含底坡项浅水方程的一种数值求解方法 . 水科学进展, 2012, 23(6): 796-801. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1758.014
[7]	罗永钦, 刁明军, 何大明, 白绍学. 高坝明流泄洪洞掺气减蚀三维数值模拟分析 . 水科学进展, 2012, 23(1): 110-116. doi: CNKI:32.1309.P.20120104.2014.011
[8]	程永舟, 蒋昌波, 潘昀, 李青峰. 波浪渗流力对泥沙起动的影响 . 水科学进展, 2012, 23(2): 256-262. doi: CNKI: 32.1309.P.20120224.2002.006
[9]	假冬冬, 张幸农, 应强, 陈长英, 张思和. 流滑型崩岸河岸侧蚀模式初探 . 水科学进展, 2011, 22(6): 813-817.
[10]	高柱, 殷杰, 唐洪武, 郭红民. 单一贴壁四面体框架绕流场三维数值模拟 . 水科学进展, 2010, 21(2): 161-166.
[11]	王元叶, 何青. 声学多普勒流速剖面仪近底有效流速数据处理初步研究 . 水科学进展, 2008, 19(3): 394-399.
[12]	张立翔, 郭亚昆. 流体-结构相互作用下用微分求积法求弹性板上的动水压力场 . 水科学进展, 2006, 17(6): 767-773.
[13]	王军. 封冻河道下流速分布和阻力问题探讨 . 水科学进展, 2005, 16(1): 28-31.
[14]	槐文信, 方神光. 静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅰ)数学模型及计算方法的验证 . 水科学进展, 2004, 15(5): 549-554.
[15]	方神光, 槐文信. 静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅱ)流场特性分析 . 水科学进展, 2004, 15(5): 555-560.
[16]	杨永森, 杨永全. 掺气减蚀设施体型优化研究 . 水科学进展, 2000, 11(2): 144-147.
[17]	梁川, 吴持恭. 空蚀初生的模糊综合评判 . 水科学进展, 1997, 8(4): 348-352.
[18]	汤立群. 坡面降雨溅蚀及其模拟 . 水科学进展, 1995, 6(4): 304-310.
[19]	陈界仁, 陈国祥. 黄河河口段一维水流泥沙数学模型 . 水科学进展, 1995, 6(4): 297-303.
[20]	王士强. 冲积床面阻力关系分析比较 . 水科学进展, 1993, 4(2): 113-119.

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沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

1. 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;

2. 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室, 四川成都 610041

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51479091；41790434）

作者简介:
吕立群(1986-),男,山东莱芜人,博士,主要从事河流动力学和山地灾害研究。E-mail:lvliqunqinghua@126.com

通讯作者: 王兆印,E-mail:zywang@tsinghua.edu.cn

收稿日期: 2017-04-27
刊出日期: 2018-03-25

中图分类号: TV147

关键词:

侧蚀 /

底蚀 /

有效应力 /

阻力 /

附加坡降 /

孔隙水压力

摘要: 泥石流作为非牛顿体，屈服应力大，运动过程通常不稳定。前人建立了许多模型来研究沟床揭底和堰塞体溃决对泥石流不稳定动力过程的影响，沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响研究较少。通过侧蚀为主的模型和完全底蚀的模型两种水槽实验的对比，针对泥石流的动力过程展开研究。实验发现两种工况条件下泥石流正应力和孔隙水压力随着龙头高度沿程波动性的增长而相应地波动性增大，但侧蚀作用使得这种波动特征更加明显。通过力学分析，证明侧蚀作用导致泥石流龙头的阻力更大，但是龙身颗粒和龙头颗粒的速度差更大，使得龙头附加坡降更大，因此，侧蚀作用使得泥石流龙头的平均速度更快。泥石流龙头浓度和容重的不断增大，使得阻力不断增大，阻力和动力的动态平衡关系是泥石流不稳定运动的原因之一。

English Abstract

Role of bank erosion on the unsteady dynamics of debris flow motion

1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;

2. Mountain Hazard and the Earth's Surface Processes Key Laboratory, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China

Received Date: 2017-04-27
Publish Date: 2018-03-25

Keywords:

Abstract: Debris flow as non-Newtonian fluid has a large yield stress and moved unsteadily. Many models have been established to study the impact of erosion on the unsteady motion, but most of the models were studied the role of the bottom erosion and dam break on the debris flow motion. Less researches studied the role of gully bank erosion on the unsteady dynamic of debris flow. This paper analyzed the role of bank erosion on the debris flow dynamics through flume experiments by bank erosion-dominant and bottom erosion models. The experiments showed that the normal stress and pore water pressure of debris flow increased unsteadily along with the increase of the height of the debris flow head, but the bank erosion made the fluctuation more obvious. The mechanical equation demonstrated that bank erosion enhanced the increase of the frictional resistance. However, the greater velocity difference between the flow body and flow head made the additional gradient of the flow head greater under the bank erosion-dominant condition, so the bank erosion increased the average velocity of debris flow. The dynamic balance between head resistance and power lead to the unsteady motion of debris flow.

吕立群, 王兆印, 崔鹏, 徐梦珍. 沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 213-220. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

引用本文:

吕立群, 王兆印, 崔鹏, 徐梦珍. 沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响[J]. 水科学进展, 2018, 29(2): 213-220. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

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沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

作者简介: 吕立群(1986-),男,山东莱芜人,博士,主要从事河流动力学和山地灾害研究。E-mail:lvliqunqinghua@126.com

通讯作者: 王兆印,E-mail:zywang@tsinghua.edu.cn

Role of bank erosion on the unsteady dynamics of debris flow motion

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沟岸侧蚀对泥石流不稳定动力过程的影响

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.008

1. 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; 2. 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室, 四川成都 610041

作者简介: 吕立群(1986-),男,山东莱芜人,博士,主要从事河流动力学和山地灾害研究。E-mail:lvliqunqinghua@126.com

通讯作者: 王兆印,E-mail:zywang@tsinghua.edu.cn

English Abstract

Role of bank erosion on the unsteady dynamics of debris flow motion

1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Mountain Hazard and the Earth's Surface Processes Key Laboratory, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China

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作者简介:
吕立群(1986-),男,山东莱芜人,博士,主要从事河流动力学和山地灾害研究。E-mail:lvliqunqinghua@126.com

通讯作者:
王兆印,E-mail:zywang@tsinghua.edu.cn

1. 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;

2. 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室, 四川成都 610041

作者简介:
吕立群(1986-),男,山东莱芜人,博士,主要从事河流动力学和山地灾害研究。E-mail:lvliqunqinghua@126.com

1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;

2. Mountain Hazard and the Earth's Surface Processes Key Laboratory, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China