粘性泥石流掺气减阻作用初探论文

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1、粘性泥石流掺气减阻作用初探论文摘要：根据野外泥石流观测资料，分析了泥石流掺气与降粘减阻现象，建立了泥石流掺气量与流速的经验公式，并根据泥浆掺气降粘减阻的试验，揭示了泥石流掺气降粘减阻机理，提出了泥石流屈服应力与气体含量及固体浓度的经验公式。本文对解释泥石流减阻，预估泥石流流变特性有重要意义。关键词：泥石流掺气减阻1前言流体减阻问题自从Toms1，Kramer2先后发现高分子稀溶液或弹性材料护面都能实现粘性减阻以来.freelovementessentialfactorfordebrisflo)平均流宽B(m)平均流速

2、V(m/s)平均流量Q(m3/s)平均雷诺数Rem高粘67.81.4431.717.9310.8727.55粘性63.20.7735.06.5140.9322.79亚粘62.11.8338.919.76633.369.57泥石流如采用明渠的有效雷诺数6公式计算Rem=ρm×V×4H/η(1+τBt/2η·V)(1)则粘性泥石流(样本中)的有效雷诺数(Rem)一般都低于120。3泥石流体中气体含量的观测分析泥石流是砂石、土、水和挟裹气泡的固、液、气混合流变体，不仅在野外泥石流高速运动时可以观测到龙头紊动时土、石、水、气

3、混掺现象，而且在室内沉降筒中也观测到泥石流沉积时气泡的释放现象。但气泡在泥石流体中的含量，气泡的存在对泥石流运动的影响，还很少进行量测分析研究。笔者7首次于1997年在云南蒋家沟的野外观测时发现泥石流体气体含量对其容重影响。1997年7月24日和7月25日，云南蒋家沟连续发生了两场泥石流，样品外观很稠，但测出来的容重并不高。以7月24日为例，该场泥石流共经历了2小时33分钟，实测样品5个，容重最高实测值为2.217t/m3，最低实测值为1.466t/m3。据蒋家沟多年观测资料，泥石流的最高容重通常可达到2.25t/m

4、3～2.27t/m3(极值为2.373t/m3)。因此，将现场采到的样品搅拌，摇晃后，发现有大量气泡排放出来，气泡排放后再测定取样桶内的泥深和容重，发现泥深变小而容重明显变高。1997年7月24日刚采集到的样品测得容重为2.176t/m3，经过5分钟摇晃后，再测得容重为2.263t/m3(测定数值为3～4次的平均值)。在摇晃时，发现有气泡释放的现象，这充分说明该样品容重变化是由于含有气体造成的。当天还观测到另一个奇异的现象。对面查箐沟口扇形地与蒋家沟交汇口处有一股泉水，从扇底浸露出来。通常在一阵粘性泥石流过去后的短暂

5、时间内，高浓度泥石体可将浸露的泉水严实地覆盖在下面。该现象说明7月24日泥石流体中的空气孔隙较多，清水容易从下面渗上来。在7月25日下午暴发泥石流时，又对样品进行了观测测试。共采集到4组泥石流龙头强烈扰动的容重样品，测得的龙头样品容重为2.16～2.2t/m3左右(γmg)，然后将测得的样品释放气体后再测第二次容重值(γm)。把实测成果，列于表3，表3中同时列出了该样品的相应的运动要素。根据含气泥石流容重(γmg)和排气后泥石流的容重可推出泥石流中气体体积浓度计算公式。假定泥石流体内气体、固体、水体积为Vg、VS、V

6、g-.O.BoundaryLayerStabilizationbyDistributedDamping.J.Amer.Soc.nav.Eng.,Vol.27,1960.3屠大燕等。液环同心输送的流动分析。油气储运，1984.6.4韩文亮。高浓度水煤浆掺气减阻的试验研究。水煤浆研究论文集，1987年7月。5韩文亮，任裕民。关于全尾砂充填料减阻问题研究。泥沙研究，1990，(6).6田治宗，钱意颖。黄河高含沙水流紊动状态下流变参数的研究。第四届全国泥石流学术讨论会论文集。甘肃科技出版社，1994.262-274.7王裕宜

7、，邹仁元等。气体对高浓度粘性泥石流减阻作用的初步研究。自然灾害学报，Vol.7(3).178-183.8ZhouLTFliessverhaltenVonNichtNeischenMitandOhueLuftzugabe.3RInternational.1987,267-270.9邹履泰。固液气各相含量对泥石流流变特性的影响。泥石流观测与研究。成都：科学出版社，1996.11-15.