泥石流是介于崩塌、滑坡等块体运动与含沙水流运动之间的一系列连续流动现象,可视为固液两相流体。泥石流由于沿程的侵蚀作用,其最终体积可能是初始体积的几倍至几十倍。野外调查表明了泥石流流经狭窄沟道时容易发生束流侵蚀,其体积会显著增大,其侵蚀机理仍不清楚。
为了研究泥石流束流侵蚀机理,2023年3月12日至8月23日,成都山地所博士研究生甯岚及程海光来站展开小尺度束流侵蚀实验。根据野外调查设计不同的沟床松散堆积体宽度,引入束窄度为形态参数,研究沟道在不同的束窄度、沟床细粒含量、压实度条件下,不同来流情形下泥石流速度、容重、泥深以及流量的变化。探讨泥石流通过沟道束窄处的下切与展宽过程,分析泥石流侵蚀束窄处的侵蚀空间分布与侵蚀率计算方法,建立沟床侵蚀率与沟岸侵蚀率的变化关系,揭示泥石流通过束窄段时的过程和机理。
泥石流输沙过程具有强烈的不平衡性,其输沙力远大于一般挟沙水流,属于高剪切应力下的输沙现象。泥石流沟道侧壁剪应力与沟壁坡度、流体宽深比有关。实验结果表明,侵蚀深度随着束窄度的增加而增加,其取值可表达伟束窄度的函数。