[发明专利]一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法

权利要求书

1.一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

分析总结现有的泥石流侵蚀理论，得到泥石流侵蚀强度的影响因子；然后开展水槽实验，引入特征量来描述凸形坡沟道的形态变化；确定相关参数，得到沟道中存在凸点时泥石流的侵蚀特征量。

2.根据权利要求1所述的一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)分析总结现有的泥石流侵蚀理论

根据Takahashi et al.(1986)提出的侵蚀率计算公式：

可知侵蚀率E与泥石流泥深与颗粒中值粒径的比值h/d、泥石流在一定坡度沟道中极限颗粒物浓度c_*、平衡颗粒物浓度c_e和当前泥石流浓度c、泥石流流速ν有关；

(2)开展水槽实验

设计一水槽实验，模拟泥石流侵蚀凸形坡沟道，水槽中A点为凸点，凸点转折角为α，实验中考虑底床密实度的影响，引入γ₁/γ_bed项，其中γ₁上游泥石流来流的容重，γ_bed为底床铺土的容重；

(3)利用模拟流体从凸点A上方沿坡道OA流下，针对泥石流沟道凸点A下游段侵蚀前后的差异，引入描述前后削坡速率的特征量Δα：

水槽中凸点下游斜坡为AB段，侵蚀后斜坡为DE段，初始坡度为α₁，侵蚀后的坡度为α₂，AB段初始点为最大侵蚀深度为E_max1，沿程的侵蚀差异可以用来描述，上游OA的初始坡度为θ，AB段侵蚀前后的削坡速率E_i1、E_j1为AB段任意两点i、j的侵蚀深度，I₁为i、j两点的距离；

(4)凸形坡沟道中凸点侵蚀深度和削坡速率的确定

由于水槽底床土体较为干燥，因此土体强度参数仅考虑土体的摩擦角φ，AB段初始点最大侵蚀深度E_max1和削坡速率的特征量Δα，与上游段OA的初始坡度，以及泥石流来流性质ρ,ν,h以及底床土体性质有关，对于最大侵蚀深度E_max1，初始床面倾角θ为下滑因子，反映坡面整体的不稳定性，土体摩擦角φ为抗滑因子，反映坡面土体的强度和稳定性，引入凸点处局部土体的不稳定系数tanθ/tanφ，侵蚀强弱与不稳定系数tanθ/tanφ大小正相，对于削坡速率的特征量Δα，类似的可以认为削坡强弱与不稳定系数tanα₁/tanφ大小正相关，因此可假定：

上述两个公式变形，并引入连个函数E、F得到：

式1、3中a为无量纲的实验参数，式2、4中b的量纲为m^-1，b的物理意义是沿泥石流流动方向相距一单位距离的底床两点的侵蚀量差异，反映了一定时间内的坡段削坡速率的大小，通过多组实验结果，得到函数E与变量tanθ/tanφ的关系曲线，以及函数F与变量tanθ/tanφ的关系曲线，进而确定a、b值，由此得到最终的公式为：

其中，E_m1代表AB段最大的侵蚀深度。

3.根据权利要求2所述的一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水槽与水平面夹角为θ，水槽底床覆盖模拟土体，土体OA段与水平面夹角为θ，AB段下游为BC段，BC段与水平面夹角为θ。

4.根据权利要求3所述的一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，其特征在于，所述水槽内设有数个泥位计、容重测量点和速度测量点。

5.根据权利要求2所述的一种凸形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法，其特征在于，步骤(2)中，α分别设定为15°、25°、35°。