径流条件下散粒体斜坡的颗粒冲刷启动机理

发布时间：2018-02-03 09:11

本文关键词： 散粒体斜坡径流-渗流耦合切应力冲刷机理失稳判据　出处：《工程科学与技术》2017年S2期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：为研究地表径流对散粒体斜坡的冲刷侵蚀效应,根据斜坡坡面径流和坡内渗流特征建立散粒体斜坡径流-渗流耦合模型。该模型利用Navier-Stokes方程描述淹没区坡面径流,利用Brinkman-extended Darcy方程描述散粒体斜坡坡内渗流。径流区和渗流区的流体运动均满足连续性方程,且在交界面处的流体满足Neal和Nader提出的流速相等和剪应力连续双边界条件。采用Navier-Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程分别联立连续性方程推求出径流区和渗流区的流速分布。分析流速理论表达式可知,影响斜坡表部径流流速和坡体内部渗流流速的主要因素有斜坡坡度、径流水深、斜坡散粒体的孔隙率和渗透率,且流速随其增大而增大。为探究在径流条件下散粒体斜坡坡面颗粒的冲刷启动机理,引入Newton内摩擦定律求得径流区和渗流区交界面上的切应力,并对颗粒发生滑动和滚动两种情况分别进行受力分析,给出颗粒滑动和滚动两种运动方式相应的失稳判据。分析两种判据可知:1)颗粒发生滑动时,其抗滑稳定安全系数主要受散粒体斜坡坡度、颗粒的内摩擦角、颗粒半径、径流水深、散粒体斜坡孔隙率和渗透率的影响,随颗粒的内摩擦角、颗粒半径、散粒体斜坡孔隙率和渗透率的增大而增大,随散粒体斜坡坡度和径流水深的增大而减小;2)颗粒发生滚动与否主要取决于散粒体斜坡坡度、径流水深、颗粒半径、散粒体斜坡孔隙率和渗透率,且其值越大,颗粒越容易失稳。
[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.
【作者单位】：四川大学水力学与山区河流保护国家重点实验室水利水电学院;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室环境与土木工程学院;
【基金】：国家重点基础研究发展计划资助项目(2015CB057903) 中国博士后科学基金资助项目(2016M590890) 四川省科技计划专项资助(2014SS027)
【分类号】：TV121;TV139.1
【正文快照】： 散粒体斜坡是指高陡斜坡在强风化作用下形成的砂粒和碎屑在自重及外力作用下发生溜动,并在坡脚堆积形成的锥状斜坡[1]。此类斜坡结构松散,以自然休止角停歇于坡脚,对外在扰动极其敏感,常因极小的扰动而造成大面积碎块石滑落,对交通安全造成巨大威胁,同时又是泥石流引发的重要

【参考文献】

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【共引文献】

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