[发明专利]稀性泥石流垂向流速分布、表面流速、平均流速测量方法

权利要求书

1.稀性泥石流垂向流速分布测量方法，其特征在于：依如下步骤实施：

步骤S1、设立测量断面，现场调查勘查确定测量断面基本参数；

步骤S2、建立以稀性泥石流固—液两相的相间速度差u从任意垂向深度位置z到自由面高度h的积分值微分方程式1

采用中心差分格式对的二阶导数进行离散，得到离散后的非线性方程组，再利用牛顿迭代法求解，得到u在测量断面上从任意垂向深度位置z(i)到自由面高度h的积分值

步骤S3、根据步骤S2所求解的建立稀性泥石流固相速度u_s从任意垂向深度位置z到自由面高度h的积分值的微分方程式2

采用中心差分格式对的二阶导数进行离散得到的线性代数方程组，再利用追赶法求解，得到稀性泥石流固相流速u_s(i)在测量断面上从任意垂向深度位置z(i)到自由面高度h的积分值

步骤S4、根据步骤S2所求解的建立稀性泥石流液相速度u_f从任意垂向深度位置z到自由面高度h的积分值的微分方程式3

采用中心差分格式对的二阶导数进行离散得到的线性代数方程组，再利用追赶法求解，得到稀性泥石流液相流速u_f(i)在测量断面上从任意垂向深度位置z(i)到自由面高度h的积分值

步骤S5、根据步骤S3所得步骤S4所得求解稀性泥石流固相流速u_s(i)与液相流速u_f(i)在测量断面上任意垂直位置z(i)的值。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S2中

采用中心差分格式对的二阶导数进行离散，得到离散后的非线性方程组为式4

式中，—在测量断面上从任意垂向深度位置到自由面高度h的积分值，i＝0,1,2,…N，单位m²/s，

Δz—测量断面上垂直等分尺寸，单位m，

—与固相运动阻力和液相运动阻力相关的函数，

N—垂向网格划分数量，无量纲单位，根据测量目标设定。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：所述式4表达为式5、式6、式7，

λ＝((n_s/n_*)^1/3-1)^-1    式6

式中，—u在测量断面上从任意垂向深度位置到自由面高度h的积分值，i＝0,1,2,…N，单位m²/s，

z(i)＝iΔz—测量断面上任意垂向深度位置，单位m，

n_s—稀性泥石流粗颗粒物质浓度，步骤S1确定，无量纲单位，

ρ_s—稀性泥石流固相颗粒密度，步骤S1确定，单位kg/m³，

ρ_f—稀性泥石流液相颗粒密度，步骤S1确定，单位kg/m³，

g—重力加速度，单位m/s²，

h—稀性泥石流自由面高度，取值稀性泥石流流深H，单位m，

H—稀性泥石流流深，步骤S1确定，单位m，

θ—下垫面坡度，步骤S1确定，单位°，

κ—常数，取值0.4，无量纲单位，

a_i—常数，取值0.042，无量纲单位，

α_i—稀性泥石流颗粒碰撞摩擦角，步骤S1确定，单位°，

d—稀性泥石流颗粒中值粒径，步骤S1确定，单位m，

λ—颗粒线性浓度，无量纲单位，

n_*—常数，取值0.64，无量纲单位，

η—稀性泥石流液相浆体动力黏度，步骤S1确定，单位Pa·s，

τ_y—稀性泥石流液相流体屈服应力，步骤S1确定，单位Pa，

β—拖曳力系数，单位kg/m³/s，

牛顿迭代收敛条件为式8

式中，—牛顿迭代法求解时，第n次的迭代值。