[发明专利]一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法

说明书

本发明公开了一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，包括以下步骤：分析总结现有的泥石流侵蚀理论，得到泥石流侵蚀强度的影响因子，然后开展水槽实验，引入特征量来描述凸形坡沟道的形态变化，确定相关参数，得到沟道中存在凸点时泥石流的侵蚀特征量的估算方法。该方法能够估算凸形坡沟道中凸点下游段泥石流的侵蚀深度和削坡速率。

技术领域

本发明涉及泥石流沟道中侵蚀量估算领域，具体涉及一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法。

背景技术

泥石流作为一种常见的地表过程，强烈地影响着山区的泥沙输移和沟道侵蚀过程。由于受崩塌、滑坡或地震等自然因素影响，泥石流沟道中存在大量的松散堆积体，改变了沟床的原有地表形态。沟道松散堆积体的存在会使原有沟道局部突然出现凸点，导致沟道纵剖面坡面倾角变大，局部可达25°～40°。当泥石流流经沟道时，由于泥石流本身具有的强烈挟沙和下切能力，会对沟道松散堆积体产生强烈的侵蚀，相比于一般的平缓地形的泥石流侵蚀过程，泥石流沟道局部凸点会对泥石流的侵蚀特性有极大的影响。

凸形坡沟道中泥石流侵蚀量难以估计，现有的侵蚀计算方法往往基于均一坡度沟道，侵蚀深度难以准确计算。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，该方法能够估算凸形坡沟道中凸点下游段泥石流的侵蚀深度和削坡速率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，包括以下步骤：

分析总结现有的泥石流侵蚀理论，得到泥石流侵蚀强度的影响因子，然后开展水槽实验，引入特征量来描述凸形坡沟道的形态变化，确定相关参数，得到沟道中存在凸点时泥石流的侵蚀特征量的估算方法。

一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，具体步骤如下：

(1)分析总结现有的泥石流侵蚀理论

根据Takahashi et al.(1986)提出的侵蚀率计算公式：

可知侵蚀率E与泥石流泥深与颗粒中值粒径的比值h/d、泥石流在一定坡度沟道中极限颗粒物浓度c_*、平衡颗粒物浓度c_e和当前泥石流浓度c、泥石流流速ν有关；

(2)开展水槽实验

设计一水槽实验，模拟泥石流侵蚀凸形坡沟道，水槽中A点为凸点，凸点转折角α分别设定为15°、25°、35°，实验中考虑底床密实度的影响，引入γ₁/γ_bed项，其中γ₁上游泥石流来流的容重，γ_bed为底床铺土的容重；

(3)利用模拟流体从凸点A上方沿坡道OA流下，针对泥石流沟道凸点A下游段侵蚀前后的差异，引入描述前后削坡速率的特征量Δα：

水槽中凸点下游斜坡为AB段，侵蚀后斜坡为DE段，初始坡度为α₁，侵蚀后的坡度为α₂，AB段初始点为最大侵蚀深度为E_max1，沿程的侵蚀差异可以用来描述，上游OA的初始坡度为θ，AB段侵蚀前后的削坡速率E_i1、E_j1为AB段任意两点i、j的侵蚀深度，I₁为i、j两点的距离；

(4)凸形坡沟道中凸点侵蚀深度和削坡速率的确定