论文部分内容阅读
泥石流沟道侵蚀作为一种特殊的侵蚀类型,侵蚀作用非常强烈,可掏刷暴露建筑、桥梁、堤防等工程的基础,危害非常严重。国内外在泥石流堆积方面的研究已取得较多成果,但对泥石流侵蚀的研究还甚少。因此,泥石流动床下切侵蚀过程与机理研究对于泥石流基本理论的发展以及防灾减灾工程的设计都有着重要的意义。
本研究通过理论分析和室内水槽实验相结合,重点分析了泥石流动床下切侵蚀深度及临界条件和泥石流坝后侵蚀坑的形态及其极限深度和长度,并对泥石流沟道侵蚀过程中的产输砂特性进行了一定的探讨。与前人研究成果相比,取得了以下进步:
1.泥石流动床下切侵蚀深度及临界条件
利用无限边坡理论对沟床泥砂体进行受力分析,推导建立了多因素表达的泥石流动床下切侵蚀深度计算公式以及沟床侵蚀临界坡度公式。
2.泥石流坝后侵蚀坑形态及极限深度和长度
(1)泥石流坝后侵蚀坑形态根据水槽实验资料分析,泥石流坝后侵蚀坑在平面上呈椭圆形,纵剖面呈两端浅中间深的形态,并且侵蚀坑内上下游坡度不一致,下游坡度比上游坡度要缓。并根据分析,建立了侵蚀坑内上下游坡度与沟床纵坡及泥砂水下休止角之间的相关关系。
(2)坝后深度和长度的发展根据水槽实验资料分析了不同泥石流及沟床条件下,坝后侵蚀坑深度和长度随时间的发展过程。假设侵蚀坑内泥砂为“黑盒子”系统,并将侵蚀坑纵剖面形态概化为三角形,首次尝试利用能量法,根据泥石流进出侵蚀坑前后的能量之差及侵蚀坑形态变化之间的关系,建立了泥石流坝后侵蚀坑最大深度和长度计算式。并开展了大量室内水槽实验进行对公式进行了验证,计算值与实验值比较接近,表明公式合理可靠。
3.通过实验,引入下切侵蚀参数分析了泥石流动床下切侵蚀过程中的泥砂输移特性,重点分析了沟道输砂粒径组成的变化和沟道泥砂流出规模。实验结果显示,泥石流沟道侵蚀过程中的下切侵蚀参数与沟道坡度之间呈幂函数关系。同时,沟道侵蚀泥砂的流出规模与沟床纵坡、泥石流容重也呈幂函数关系,高容重粘性泥石流具有较强的输砂能力。