泥石流沟道侵蚀实验研究

泥石流作用下的沟道动床侵蚀特征与规律研究是泥石流运动学等基础研究的一个薄弱环节，制约着泥石流运动发展过程、机理、侵蚀规律及其防治等研究的发展，因此亟待通过实验等手段开展系统、深入的研究。本项目通过对泥石流及其沟道侵蚀原型观测和已有资料的整理分析，初步梳理出泥石流沟道侵蚀的基本特征和主要影响因子；在此基础上重点开展野外和室内模拟实验，并与理论分析相结合，探讨不同性质、规模的泥石流作用条件下，不同沟床比降、沟床物质组成的沟道侵蚀变化规律；揭示泥石流运动特征与沟道侵蚀物理特征之间的耦合关系；建立泥石流沟道侵蚀深度计算公式和合理的沟道产输沙量预测方法。本研究的意义在于弥补近年来在泥石流冲刷和沟道侵蚀方面研究的不足；深化泥石流基础理论研究，为泥石流侵蚀灾害的防治提供科学合理的依据和工程设计参数。

泥石流运动过程中的侵蚀作用非常强烈，危害不亚于泥石流淤积的危害。相较于丰富的泥石流淤埋危害研究，泥石流沟道侵蚀的研究还少见报道。因此，泥石流作用下的的沟道动床侵蚀特征与规律研究是泥石流学科领域的一个薄弱环节，不仅制约着泥石流运动发展过程、机理、侵蚀规律及其防治等研究的发展也成为制约防灾减灾工程的关键因素，因此亟待通过实验等手段开展系统、深入的研究。.本项目首先利用无限边坡理论对沟道堆积体进行力学分析，重点对泥石流动床下切侵蚀的深度以及不冲不淤临界条件进行了研究，建立了多因素条件下泥石流动床下切侵蚀深度计算公式以及临界坡度计算公式。与关于沟道泥石流起动的研究相比较，本研究的成果增加了粘性、特征粒径及沟床泥砂体的含水量等参数，相比较而言考虑因素更多。.为了对理论分析公式进行修正和验证，本项目利用蒋家沟原型土，开展了系列水槽模拟实验。实验从流体的性质和沟道特征两个方面进行控制，其中流体性质主要考虑了流体的容重和粘性，沟道特征包括沟道的纵比降和沟床铺砂体的组成。实验表明，泥石流动床下切侵蚀深度及临界坡度的计算值与实验值吻合较好，表明理论分析合理可行。.同时，根据实验分析发现，泥石流流经沟道后，沟道纵坡也有较大的调整。当实验条件一定时，随着水槽坡度的增大，动床下切侵蚀前后侵蚀纵坡变化值逐渐减小；当实验用砂的材质一样时，随着平均粒径的增大，则下切侵蚀前后纵坡变化值也越大。对于具有相同泥砂颗粒级配的粘性砂和无粘性砂，当其他实验条件相同时，粘性砂的侵蚀纵坡比无粘性砂的侵蚀纵坡要大，证明粘性的存在增强了土体的抗剪切能力，削弱了下切侵蚀的规模。.此外，本项目提出泥石流动床下切侵蚀参数来表征泥石流流经沟道动床过程中侵蚀强弱程度，分析了泥石流沟道侵蚀过程中的产输砂情况，将沟道泥砂输移特性与泥石流沟床下切侵蚀规模联系起来，分析讨论了沟道输砂粒径组成特性和沟道泥砂流出规模。实验表明，泥石流沟道侵蚀过程中的下切侵蚀参数与沟道坡度之间呈幂函数关系，并随流体容重的增大表现出先减小后增大的趋势。普通挟砂水流和高容重粘性泥石流在进出沟道前后，泥砂中的粗颗粒（d>2mm）百分含量都有较大的增加，但二者的原理却不同。同时，沟道侵蚀泥砂的流出规模与沟床纵坡、泥石流容重呈幂函数关系。