泥石流浆体与大颗粒冲击力特征的试验研究

开展了密度为1400～2200kg/m3的泥石流浆体、浆体与大颗粒混合流体的冲击力试验，获取了流速为2.8～4.9m/s条件下31组冲击力试验数据。采用小波分析方法有效地去除了冲击力数据中的噪声信号，依据离散傅里叶变换（fft）为基础的频谱分析结果，将低频泥石流浆体冲击和高频大颗粒冲击的临界频率值界定为2hz，实现了浆体和大颗粒冲击信号的分离。目前水动力学公式中待定系数α缺乏统一的确定方法，以不同地区157组泥石流观测和试验数据为基础，建立了待定系数?与流体fr数的幂函数关系，形成可表征不同流态，且弱化尺度效应的浆体动压力计算公式。与泥石流浆体平滑信号相比，大颗粒冲击压力具有一定随机性。泥石流大颗粒冲击次数与频率随大颗粒的质量比增加而增大，其质量比从0.05增至0.21时，冲击总次数从1305次增至2838次，冲击频率从82次/s增至195次/s，且龙头段大颗粒的冲击频率高于后续泥石流体。测得大颗粒的压力约为60kpa，是相同密度和流速下浆体动压力的3倍。随着大颗粒比例的增加，上部1#和2#传感器测得大颗粒冲击频率增加量明显高于下部3#～6#。说明随着流体中大颗粒比例上升，颗粒物质多集中于泥石流上部或表层运动，也佐证了泥石流运动中大颗粒多集中在龙头顶部的认识。对大颗粒和浆体冲击规律的分析可为固液两相流运动机制研究和防治工程设计以及承灾体易损性定量评估提供合理参数。