溝道縱剖面形態對泥石流侵蝕機理有重要影響。根據溝道縱剖面坡度是否均一,溝道形態可分為三種:均一坡度溝道、凹形溝道和凸形溝道。現有的泥石流侵蝕理論大多基于無限邊坡模型,即認為坡度是不變的。實際中,溝道縱剖面的形態對泥石流侵蝕有著重要影響。比如,汶川地震災區的文家溝泥石流,在縱剖面轉折點處的侵蝕深度遠超過其他部位。
針對上述問題,在國家自然科學基金、中科院重點部署項目和科技部973項目等支持下,成都山地所山地災害重點實驗室胡凱衡研究團隊在泥石流侵蝕機理研究上取得了新的研究進展,提出了考慮溝道縱剖面凹凸形態影響的泥石流侵蝕率新公式。
通過開展野外實地考察和室內水槽試驗,該研究團隊發現泥石流溝道中存在兩種典型的侵蝕方式:剪切侵蝕和沖擊侵蝕,前者以層與層之間的剪切力為侵蝕動力,后者表現為泥石流體與底床的正面沖擊效應。由此通過推導,得到非均勻坡溝道中泥石流侵蝕率計算公式:。該研究用一個曲率半徑的函數來刻畫溝道縱剖面形態變化對侵蝕的影響,并將沖擊侵蝕項加入非均勻坡溝道中泥石流侵蝕率計算中。
相關研究成果近期發表在國際知名學術期刊Journal of Mountain Science和Journal of Hydraulic Research上。
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http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00221686.2017.1313321?journalCode=tjhr20
https://link.springer.com/article/10.1007/s11629-015-3749-6
泥石流侵蝕機理實驗裝置和示意圖
三種轉折形態下的侵蝕機理示意圖
不同縱剖面形態下的泥石流侵蝕深度變化