本文關鍵詞： 散粒體斜坡 徑流-滲流耦合 切應力 沖刷機理 失穩(wěn)判據(jù)　出處：《工程科學與技術》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,根據(jù)斜坡坡面徑流和坡內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滲流。徑流區(qū)和滲流區(qū)的流體運動均滿足連續(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。分析流速理論表達式可知,影響斜坡表部徑流流速和坡體內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理,引入Newton內摩擦定律求得徑流區(qū)和滲流區(qū)交界面上的切應力,并對顆粒發(fā)生滑動和滾動兩種情況分別進行受力分析,給出顆�；瑒雍蜐L動兩種運動方式相應的失穩(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】： 四川大學水力學與山區(qū)河流保護國家重點實驗室水利水電學院;成都理工大學地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室環(huán)境與土木工程學院;
【基金】：國家重點基礎研究發(fā)展計劃資助項目(2015CB057903) 中國博士后科學基金資助項目(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風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]。此類斜坡結構松散,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】

相關期刊論文 前10條

1 周雙;張根廣;邢茹;高翔;;床面均勻沙拖曳力及上舉力系數(shù)的確定[J];泥沙研究;2016年02期

2 魏麗娜;李川;傅榮華;;散粒體斜坡穩(wěn)定性相關因素試驗研究[J];水利與建筑工程學報;2014年01期

3 何娜;傅榮華;卜祥航;汪留洋;李川;鄧蔭萬;陳國文;潘宏堅;;散粒體斜坡運動堆積特征試驗研究[J];地質災害與環(huán)境保護;2012年01期

4 張元才;黃潤秋;傅榮華;裴向軍;;溜砂坡大規(guī)模失穩(wěn)動力學機制試驗研究[J];巖石力學與工程學報;2010年01期

5 徐海洋;夏克勤;張曉光;;天山公路典型溜砂坡防治措施研究[J];地質災害與環(huán)境保護;2008年04期

6 王成華;闕云;徐駿;李新坡;;粒狀碎屑溜砂坡運動方程與砂坡土壓力計算(溜砂坡系列研究之三)[J];巖土力學;2007年07期

7 王成華;闕云;李新坡;張小剛;;粒狀碎屑溜砂坡運動特征與動力數(shù)值分析——溜砂坡系列研究之二[J];巖土力學;2007年02期

8 王成華;張小剛;闕云;何思明;;粒狀碎屑溜砂坡的形成和基本特征研究(溜砂坡系列研究之一)[J];巖土力學;2007年01期

9 吳國雄;曾榕彬;王成華;闋云;張小剛;;溜砂坡的形成誘發(fā)因素及失穩(wěn)破壞條件[J];中國鐵道科學;2006年05期

10 李仕雄,姚令侃,蔣良維;松散邊坡演化特征及其應用[J];四川大學學報(工程科學版);2004年02期

【共引文獻】

相關期刊論文 前10條

1 樊立敏;符文熹;魏玉峰;陳向東;;徑流條件下散粒體斜坡的顆粒沖刷啟動機理[J];工程科學與技術;2017年S2期

2 葉唐進;;西藏雪線斜坡碎屑顆粒成因及穩(wěn)定性因素分析[J];西藏大學學報(自然科學版);2017年01期

3 吳彰松;張根廣;梁宗祥;許琴;;顆粒形狀和介質對泥沙休止角的影響[J];人民黃河;2017年03期

4 卜祥航;傅榮華;李僅德;黃友;;散粒體斜坡失穩(wěn)破壞內部因素試驗研究[J];長江科學院院報;2016年09期

5 葉唐進;謝強;王鷹;;國道G318玉普～然烏段溜砂坡形成中流水作用的討論[J];公路;2016年07期

6 盛旭波;楊暉;李然;馬生;鄭剛;ZIVKOVIC Vladimir;;基于激光在線測量滾筒內顆粒流崩塌角新方法[J];激光技術;2016年03期

7 盧陽;鄔愛清;徐平;;三江源區(qū)巖體凍融風化特征及影響主因分析[J];長江科學院院報;2016年04期

8 孟震;楊文俊;;泥沙顆粒休止角與表層沙摩擦角研究進展[J];水力發(fā)電學報;2015年10期

9 卜祥航;傅榮華;李寧;譚超;;散粒體斜坡注漿固坡工程防治技術實驗研究[J];工程地質學報;2015年03期

10 蔣紅英;宋亮亮;羅雙華;慕青松;;散粒體的自組織臨界性分析[J];深圳大學學報(理工版);2015年01期

【二級參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 白玉川;王鑫;曹永港;;雙向暴露度影響下的非均勻大粒徑泥沙起動[J];中國科學:技術科學;2013年09期

2 卜祥航;傅榮華;李川;何娜;汪留洋;;溜砂坡防治措施之棚硐和擋砂墻工程研究[J];水利與建筑工程學報;2013年02期

3 吳巖;韓其為;白玉川;;斜坡上非均勻沙分組起動流速[J];天津大學學報;2012年03期

4 楊文俊;孟震;;泥沙顆粒相對隱蔽度理論分析及其應用[J];長江科學院院報;2011年10期

5 孟震;楊文俊;;基于三維泥沙顆粒的相對隱蔽度初步分析[J];泥沙研究;2011年03期

6 馬菲;韓其為;李大鳴;;非均勻沙分組起動流速[J];天津大學學報;2010年11期

7 陶高梁;張季如;;巖土工程中的分形理論及其應用[J];中國科技論文在線;2009年07期

8 楊奉廣;劉興年;黃爾;楊克君;曹叔尤;;唐家山堰塞湖下游河床泥沙起動流速研究[J];四川大學學報(工程科學版);2009年03期

9 徐海洋;夏克勤;張曉光;;天山公路典型溜砂坡防治措施研究[J];地質災害與環(huán)境保護;2008年04期

10 趙福祥;馬友成;唐鵬;;瀝青路面冷再生混合料強度性能分析[J];公路交通科技(應用技術版);2008年10期

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 蔣明鏡;張望城;王劍鋒;;密實散粒體剪切破壞能量演化的離散元模擬[J];巖土力學;2013年02期

2 劉洋;汪成林;閆鴻翔;;基于微觀力學分析的散粒體靜力液化本構模型[J];土木建筑與環(huán)境工程;2014年03期

3 姜世平;芮筱亭;洪俊;戎保;劉志軍;;散粒體系統(tǒng)動力學仿真[J];巖土力學;2011年08期

4 李平，，黃文彬;倉內散粒體壓力分布規(guī)律的研究[J];內蒙古農牧學院學報;1996年04期

5 蔣明鏡;李秀梅;胡海軍;;含抗轉能力散粒體的宏微觀力學特性數(shù)值分析[J];計算力學學報;2011年04期

6 黃晚清;陸陽;;散粒體重力堆積的三維離散元模擬[J];巖土工程學報;2006年12期

7 沈成武,雷建平,計三有;散粒體與亞彈性本構模型[J];武漢交通科技大學學報;1997年06期

8 劉君;耿慶東;;三維顆粒生成算法(英文)[J];大連理工大學學報;2011年02期

9 何娜;傅榮華;卜祥航;汪留洋;李川;鄧蔭萬;陳國文;潘宏堅;;散粒體斜坡運動堆積特征試驗研究[J];地質災害與環(huán)境保護;2012年01期

10 ;[J];;年期

相關博士學位論文 前1條

1 裴鉆;高寒山區(qū)散粒體斜坡形成演化過程及災變機理研究[D];成都理工大學;2016年

相關碩士學位論文 前5條

1 魏小佳;風載作用下散粒體斜坡失穩(wěn)風洞試驗研究[D];成都理工大學;2015年

2 齊得旭;散粒體斜坡穩(wěn)定性分析方法實驗研究[D];成都理工大學;2015年

3 趙自豪;含鐵散粒體的電磁加載方法研究[D];西安科技大學;2006年

4 李川;散粒體斜坡破壞機制及破壞判據(jù)研究[D];成都理工大學;2013年

5 張偉;基于散粒體特性的軌枕替換機械研究[D];西南交通大學;2010年

本文編號：1486981