(1)泥石流固-液分相流速計算方法[22]
由于泥石流綜合治理方案中,通常要在泥石流流通區(qū)適當部位建造1~2道攔渣壩,攔截泥石流體中粒徑較大的塊石,因此,可將泥石流溝中下游的泥石流體中固相物質按照固相物質的體積進行等效,即將實際泥石流體中不同粒徑的固相物質簡化為粒徑相同的固相顆粒);炯俣ǎ
第一、泥石流在運動過程中,包括沿著泥石流溝的向前流動和泥石流體內(nèi)的豎向紊動,但是,從分析泥石流流速尤其是針對泥石流對岸坡及防治結構的沖擊、磨蝕機理出發(fā),主要考慮泥石流體沿溝向前的運動問題,因此,本文假定泥石流體為一維兩相流運動體系(流動方向設定為x方向)。
第二、泥石流在運動過程中,不考慮外部質量源,即不考慮岸坡對泥石流體的物源補給,泥石流在溝槽內(nèi)沖淤平衡。
第三、考慮兩相流體中固相顆粒之間的相互作用、漿體內(nèi)部的作用以及固相顆粒與液相漿體之間的相互作用,不考慮固液兩相的相變即固相顆粒和液相漿體之間的相互轉換。
通過建立固、液兩相的守恒方程,包括連續(xù)方程和動量方程。通過對泥石流平均壓力、徹體力和控制體平均表面力(包括控制體外漿體對控制體漿體的阻力、控制體外固相對控制體漿體的阻力、控制體外漿體對控制體固相的牽引力和控制體外固相對控制體表面固相的相互作用力等四個方面)的計算,求解獲得
式中,vs和vf分別表示固相和液相的平均速度(m/s),M為理論固液分相流速比,α為固相顆粒的平均容積濃度,ρs和ρf分別表示固相和液相的平均密度(g/cm3),g為重力加速度(9.8m/s2),θ為泥石流溝床的平均坡角(°),τB為漿體的賓漢極限屈服應力(Pa),μ為漿體的剛度系數(shù)(Pa·s), 為待定系數(shù),d0為控制體等效半徑(m),de為固相顆粒等效半徑(m),P為泥石流平均壓強(kPa),G為泥石流實際固相流速和理論固相流速的比例系數(shù), 為固相實際流速(m/s), 為液相實際流速(m/s),L為流通區(qū)長度(m),h為泥石流體厚度(m)。
(2)基于沖擊形跡的泥石流沖擊力計算方法[26]
由于泥石流沖擊作用下通常要在防治結構表面或泥石流溝岸產(chǎn)生大量的沖擊坑及沖蝕槽等沖擊形跡,因此,可以基于沖擊形跡建立反求泥石流沖擊力的計算方法;炯俣ǎ
第一、把泥石流體概化為由等效均質漿體和粒徑相同的固相顆粒組成的兩相流體。
第二、把泥石流體視為與溝床平行的一維兩相流運動體系,固、液兩相的運動速度分別為 和 并且固相、液相以相同的角度沖擊防治結構或岸坡。
第三、泥石流在運動過程中,不考慮外部質量源,即不考慮岸坡對泥石流體的物源補給,泥石流在溝槽內(nèi)沖淤平衡。
第四、把沖擊坑和沖蝕槽等沖擊形跡概化為半橢球體。
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