泥石流造床运动的实验研究

作     者：白艺彤 宋东日 BAI Yitong;SONG Dongri

作者机构：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院大学北京100392 

出 版 物：《山地学报》 (Mountain Research)

年 卷 期：2021年第39卷第3期

页      面：346-355页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金:(42077256,51809261) 四川省科技计划资助项目(2020YJ0002) 

主　　题：泥石流 铺床作用 流动状态 流动速度 流动深度 

摘      要：泥石流铺床现象常被用来定性地解释黏性泥石流(特指高固相含量)运动的减阻效应。目前,铺床现象对泥石流运动的影响研究仍处于定性阶段,定量化的机理研究非常匮乏。本研究设计了中尺度水槽模型实验,对泥石流铺床作用的动力学过程开展了系统观测。以云南蒋家沟泥石流堆积为材料,配置了40%、50%、55%三种固相浓度对比组;实验观测了泥石流流动过程中运动特征,采集了基底正应力、剪应力、孔隙水压力及流动深度参数。实验结果表明:(1)稀性泥石流运动过程中存在微弱的铺床现象,铺床现象并非独属于黏性泥石流;(2)铺床所形成的残留层不一定是单阵泥石流贡献的,而可能是经连续过程逐步形成的。残留层的厚度随泥石流固相浓度的增加而增加。当后继泥石流流经残留层时,由于残留层的液化状态和较低的基底阻力,后继泥石流的作用力可以透过残留层传递至基底,残留层极易被后继泥石流体裹挟运动;(3)铺床过程显著改变了后继泥石流运动的边界条件,因而铺床作用能够提高泥石流流动速度、流动深度及相应的冲击力,且铺床效应随泥石流固相浓度升高而愈发显著。本研究不仅明确了泥石流造床运动的物理过程,并基于实测参数对铺床过程进行了机理阐述,填充了泥石流铺床研究的实验空白,对深入理解泥石流动力学具有重要意义。