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《中国水利水电科学研究院》 2000年
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泥石流与主河水流交汇机理及其河床响应特征

陈德明  
【摘要】: 本文首先对泥石流与主河水流交汇机理及其河床响应特征进行了实验研究,成功地模拟 了汇流角分别为90°,60°和30°的交汇及河床响应过程。通过实验发现了泥石流与主河 水流相互作用的四种模式,水流对泥石流堆积体冲刷的三种模式以及一种相似的冲刷平衡模 式;分析得到了泥石流的堵河判别式;不同主支流流量比对交汇时泥石流沉积地形的影响, 不同汇流角对交汇的影响参数以及泥石流与主河水流的交汇机理。然后,在实验的基础上, 建立起泥石流单一沉积以及泥石流与主河水流相互作用的前三种模式的动力学方程组,进而 分析得到了它们各自的理论解。最后,对理论解进行了实验验证。 实验的主要内容有: 1.不同性质的泥石流在汇流角分别为90°,60°和30°时的单一沉积实验; 2.汇流角分别为90°,60°和30°时不同主支流流量比的交汇实验; 3.汇流角分别为90°,60°和30°时主河水流对泥石流堆积体的非恒定冲刷过程及平衡 地形; 4.在主河铺沙的条件下,不同主支流流量比交汇时的河床响应过程; 5.汇流角为60°时主河流量相同水深不同的交汇地形; 6.非恒定流所塑造的阶梯系统(Step-Pool System)。 泥石流与主河水流交汇的四种模式是: 1.“顶冲对岸模式”; 2.“部分—完全堵河模式”; 3.“潜入模式”; 4.“掺混并潜入模式”。 考虑不同主支流流量比对交汇时泥石流沉积地形的影响时,提出了“轴线”,“脊线”和 “冲刷角”概念,研究了主支流流量比与冲刷角的关系;提出了研究不同汇流角对交汇影响 应考虑的参数——扩散角与“轴线”。 关于泥石流与主河水流的交汇机理,提出了泥石流是一种“流动的固体”,泥石流汇入 主河就是一个“活动的丁坝”或者“活动的潜坝”。当发生堵河现象时就形成人们常说的“天 然坝”。进而提出了“泥头损失”和“泥头损失系数”概念,给出了泥石流与主河水流交汇 过程中“泥头损失系数”与水头损失系数的求解方法。 根据泥石流沉积时呈扇形展开的实验现象,用一维方程组建立起适用于泥石流单一沉积 过程中的二维问题,并求出了不考虑与考虑主河对岸影响两种情形下的理论分析解,此两种 理论解均得到实验的验证。 在泥石流单一沉积的理论方程和泥石流与主河交汇机理的基础上,建立起“部分堵河模 式”,“潜入模式”和“掺混并潜入模式”的水流与泥石流动力学方程组,并求出了三种模式 的理论解,进而对泥石流的三种模式的理论解进行了比较,最后,用实验资料对前两种模式 进行了验证。
【学位授予单位】:中国水利水电科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TV143

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