[发明专利]一种凹形坡沟道中泥石流侵蚀深度计算方法

说明书

本发明公开了一种凹形坡沟道中泥石流侵蚀深度计算方法，包括以下步骤：通过对现有的两种泥石流侵蚀模式的分析，根据凹形坡沟道中泥石流的侵蚀特征，以及水槽实验结果，引入了沟道纵剖面曲率来描述凹形坡沟道形态变化，结合其他相关物理参数，最终得出凹形坡沟道中泥石流的侵蚀深度计算公式。该公式。综合考虑了两种侵蚀模式，能更加全面精确的计算凹形坡沟道中泥石流的侵蚀深度，对实践更具有指导意义。

技术领域：

本发明涉及泥石流沟道基底侵蚀深度估算领域，具体涉及一种凹形坡沟道中泥石流侵蚀量估算方法。

背景技术：

泥石流是一种常见的山区地质灾害，其沟道侵蚀作用会显著放大泥石流自身规模，扩大灾害泛滥范围。沟道松散堆积体的存在，会导致泥石流沟道纵剖面形态的改变，出现纵向上的凹点，从而影响后续泥石流灾害的运动特性和沿程侵蚀分布。

已有的泥石流侵蚀计算公式中，将凹点对于泥石流侵蚀的影响归结于泥石流体与底层床体之间的附加向心力。由于附加向心力的作用，会使泥石流体与底床物质之间的正应力增加，从而底床土体不容易被携带走，侵蚀率降低。

但经过发明人的分析，实际中沟道凹点处的侵蚀效应往往更加显著，这是因为在地形凹点处，出现了一种特殊的侵蚀类型——冲击侵蚀，这种侵蚀模式对泥石流侵蚀过程有重要影响。因此，凹形坡沟道中剪切侵蚀和冲击侵蚀并存，现有侵蚀计算方法往往局限于无限变坡模型的剪切侵蚀，难以应用于凹形坡沟道中。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种凹形坡沟道中泥石流侵蚀深度计算方法，解决现有的侵蚀计算方法适用于坡度值固定的坡道，同时对凹形坡沟道中侵蚀类型考虑不周的问题。

为此，本发明采用如下方案：

一种凹形坡沟道中泥石流侵蚀深度的计算方法，采用如下公式计算凹形坡沟道中泥石流侵蚀深度E，单位为cm，用于计算凹形坡沟道凹点处的深度：

其中，泥石流初始速度为ν，m/s；泥石流流深为h，cm；

泥石流的容重为ρ，N/m³；

凹点处的曲率半径为R_x，m；

τ_b是泥石流施加于凹形坡沟道的底床物质的剪应力；τ_res是凹形坡沟道的底床物质施加给泥石流的阻力。

τ_b＝ρg(hcosθtanφ+(ν/C_z)²)

τ_res＝c+ρghcosθtanφ_bed

其中，θ为坡面角；φ为泥石流内部的摩擦角；C_z为谢才系数；c 为粘聚力；φ_bed为底床床面摩擦角。

与现有技术相比，本发明的效果在于：

本发明引入了曲率半径来描述凹形坡中凹点的坡度转折陡缓程度，同时，侵蚀深度计算包括两部分，即剪切侵蚀和冲击侵蚀，能更合理的应用于凹形坡沟道中。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施步骤的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施案例的限定。

图1为凹形坡沟道侵蚀初始状态。

图2为泥石流侵蚀动力分析图：(a)均一坡沟道；(b)凹形坡沟道。

图3为水槽实验凹形坡简图。图中A点为凹点，α为转折角，分别为15°、25°、35°，R_x为曲率半径；

图4为曲率半径定义示意图；