本文關(guān)鍵詞： 散粒體斜坡 徑流-滲流耦合 切應(yīng)力 沖刷機(jī)理 失穩(wěn)判據(jù)　出處：《工程科學(xué)與技術(shù)》2017年S2期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：為研究地表徑流對散粒體斜坡的沖刷侵蝕效應(yīng),根據(jù)斜坡坡面徑流和坡內(nèi)滲流特征建立散粒體斜坡徑流-滲流耦合模型。該模型利用Navier-Stokes方程描述淹沒區(qū)坡面徑流,利用Brinkman-extended Darcy方程描述散粒體斜坡坡內(nèi)滲流。徑流區(qū)和滲流區(qū)的流體運(yùn)動均滿足連續(xù)性方程,且在交界面處的流體滿足Neal和Nader提出的流速相等和剪應(yīng)力連續(xù)雙邊界條件。采用Navier-Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程分別聯(lián)立連續(xù)性方程推求出徑流區(qū)和滲流區(qū)的流速分布。分析流速理論表達(dá)式可知,影響斜坡表部徑流流速和坡體內(nèi)部滲流流速的主要因素有斜坡坡度、徑流水深、斜坡散粒體的孔隙率和滲透率,且流速隨其增大而增大。為探究在徑流條件下散粒體斜坡坡面顆粒的沖刷啟動機(jī)理,引入Newton內(nèi)摩擦定律求得徑流區(qū)和滲流區(qū)交界面上的切應(yīng)力,并對顆粒發(fā)生滑動和滾動兩種情況分別進(jìn)行受力分析,給出顆粒滑動和滾動兩種運(yùn)動方式相應(yīng)的失穩(wěn)判據(jù)。分析兩種判據(jù)可知:1)顆粒發(fā)生滑動時,其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)主要受散粒體斜坡坡度、顆粒的內(nèi)摩擦角、顆粒半徑、徑流水深、散粒體斜坡孔隙率和滲透率的影響,隨顆粒的內(nèi)摩擦角、顆粒半徑、散粒體斜坡孔隙率和滲透率的增大而增大,隨散粒體斜坡坡度和徑流水深的增大而減小;2)顆粒發(fā)生滾動與否主要取決于散粒體斜坡坡度、徑流水深、顆粒半徑、散粒體斜坡孔隙率和滲透率,且其值越大,顆粒越容易失穩(wěn)。
[Abstract]:In order to study the erosion effect of surface runoff on granular slope, a coupling model of runoff and percolation of granular slope was established according to the characteristics of slope runoff and percolation in slope. The model used Navier-Stokes equation to describe slope runoff in inundated area. The Brinkman-extended Darcy equation is used to describe the seepage flow in the sloping slope of a granular body. The fluid movement in both the runoff zone and the percolation zone satisfies the continuity equation. The fluid at the interface satisfies the two boundary conditions of equal velocity and continuous shear stress proposed by Neal and Nader. The flow velocity distribution in the runoff zone and the seepage zone is derived by using the Navier-Stokes equation and the Brinkman-extended Darcy equation, respectively. The theoretical expression of velocity can be found. The main factors affecting runoff velocity in slope surface and seepage velocity in slope body are slope gradient, runoff depth, porosity and permeability of sloping granular body. The velocity of flow increases with the increase of flow velocity. In order to study the mechanism of scour initiation of granular particles on slope slope under runoff condition, the shear stress at the interface between runoff and seepage zone is obtained by introducing Newton's law of internal friction. The stress analysis of sliding and rolling of particles is carried out respectively, and the corresponding instability criteria of sliding and rolling motion modes of particles are given. The analysis of the two criteria shows that the sliding of particles occurs when the particles slip. The safety factor of anti-slip stability is mainly affected by the slope of granular slope, the angle of internal friction of particles, the radius of particle, the depth of runoff, the porosity and permeability of sloping slope of granular body, and the particle radius with the angle of internal friction of particle, the radius of particle. The porosity and permeability of granular slope increase and decrease with the increase of slope gradient and runoff depth. The rolling of particles depends on the gradient of granular slope, the depth of runoff water, and the radius of particle. The larger the porosity and permeability of the granular slope, the more vulnerable the particles are to instability.
【作者單位】： 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流保護(hù)國家重點(diǎn)實驗室水利水電學(xué)院;成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實驗室環(huán)境與土木工程學(xué)院;
【基金】：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目(2015CB057903) 中國博士后科學(xué)基金資助項目(2016M590890) 四川省科技計劃專項資助(2014SS027)
【分類號】：TV121;TV139.1
【正文快照】： 散粒體斜坡是指高陡斜坡在強(qiáng)風(fēng)化作用下形成的砂粒和碎屑在自重及外力作用下發(fā)生溜動,并在坡腳堆積形成的錐狀斜坡[1]。此類斜坡結(jié)構(gòu)松散,以自然休止角停歇于坡腳,對外在擾動極其敏感,常因極小的擾動而造成大面積碎塊石滑落,對交通安全造成巨大威脅,同時又是泥石流引發(fā)的重要

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1486981