水土流失控制大坝被广泛用作减少泥石流造成的损害的措施的一部分,世界各地。工程需要考虑适当的侵蚀控制大坝设计,但在韩国,泥石流的冲击力是不能完全反映在当前大坝的设计标准。在此背景下,本研究进行了评估的泥石流冲击力的实用目的设计侵蚀控制大坝。模拟水槽实验研究开发流速估计的关系以及泥石流的影响力量。实验结果表明,增加混合沉积物体积和水槽坡度梯度导致流速的增加。特别是,发现随着粘土含量逐渐增加,水槽坡度梯度对流速的增加更大的影响。也,这是证明了泥石流的冲击力是安装的水动力模型,因为它显示线性相关性与流速。然后,泥石流速度模型建立了基于相关因素泥石流速度。最后,动态模型来估计泥石流冲击力的介绍了利用泥石流建立速度模型和弗劳德数之间的相关性。两种模型的开发与使用统计上显著的流域特征成功地解释了实验结果与现有的模型相比,更准确的方式。 Therefore, it is highly expected that these models can be fully utilized to estimate impact force of debris flow which will be required to design erosion control dams in practical use through overcoming their identified limitations.
泥石流是指一种地质现象,各种土壤颗粒组成的沉积物和水的混合物从大型优质陶土博尔德冲下来山腰在高速度(
最常见的对策泥石流包括结构措施,nonstructure测量和流域管理。方法采用土壤侵蚀控制大坝(ECD)是阻止泥石流直接与结构。最适用和有效的在城市土地集约利用与人口密度高。执行本为泥石流的功能障碍或断路器结构在城市地区,泥石流动态特性应当考虑的设计结构。在日本和澳大利亚等国家,许多碎片壁垒已经构造块泥石流直属设计标准考虑泥石流的影响力量。
一般来说,很难定量测量的泥石流冲击力。因此,建模方法被用来计算流动特性的力量,利用动力学的泥石流和冲击力
在过去,重点一直放在“水土保持”恢复退化的山区,而不是“防灾”直接在本研究构建防止泥石流。因此,除了静态特征的泥沙压力和水压力,泥石流冲击力等动态特性没有充分考虑本研究的设计。因此,紧急和必要建立评估泥石流冲击力的适用于韩国的情况和儿童早期开发设计标准施工。泥石流的规模在韩国相比相对较小的澳大利亚和日本高频率的泥石流。此外,工程预算包括设计每个单元- 250韩圜(≈20万美元)每单位是便宜。由于这些原因,泥石流冲击力的计算具有成本效益的方式。
从这个角度来看,目前的研究表明冲击力的泥石流被纳入本研究设计。作为这一努力的一部分,它的目的是不仅要估计泥石流的流速通过设计因素的碎片障碍或流域特征也开发一个模型来计算基于流速的影响力量。我们试图清楚地识别两个因素之间的关系,流速和冲击力,进行泥石流水槽实验,并推导出模型来估计流速和泥石流冲击力,分别。
小型水槽(图
模拟泥石流的关键特性在水槽实验中,各种混合组粘土、沙子和砾石加上水了。现场调查的结果在分水岭的太Umyeon泥石流事件发生在2011年反映决定沉积物的成分混合物。SMG [
考虑粒子组成的沉积物混合后,我们选择了两个因素的“总量”和“粘度”在不同沉积物混合的特征,可能会影响流速和流动深度。总共有九个类型的沉积物混合分类提供的每个因素(总量和粘度)分为三个水平,分别为(表 概述的意思(平均数标准误差±)沉积物混合属性。
“S、M和L”意味着不同体积条件下(约5.03×10
物量指数
粘度指数
总量(10 体重(公斤)
密度(公斤米 粘土(公斤)
砂(公斤)
砾石(公斤)
水(10
年代
一个
5.02±0.03
8.40±0.03
1672.38±0.03
1.80±0.03
1.80±0.03
1.80±0.03
3.00
B
5.04±0.02
8.40±0.02
1667.67±0.02
2.10±0.02
2.10±0.02
1.20±0.02
3.00
C
5.04±0.03
8.40±0.03
1668.35±0.03
2.40±0.03
2.40±0.03
0.60±0.03
3.00
米
一个
6.74±0.03
11.20±0.03
1661.37±0.03
2.40±0.03
2.40±0.03
2.40±0.03
4.00
B
6.59±0.07
11.20±0.07
1701.43±0.07
2.80±0.07
2.80±0.07
1.60±0.07
4.00
C
6.61±0.04
11.20±0.04
1694.24±0.04
3.20±0.04
3.20±0.04
0.80±0.04
4.00
l
一个
8.34±0.02
14.00±0.02
1679.52±0.02
3.00±0.02
3.00±0.02
3.00±0.02
5.00
B
8.37±0.02
14.00±0.02
1672.15±0.02
3.50±0.02
3.50±0.02
2.00±0.02
5.00
C
8.36±0.04
14.00±0.04
1675.18±0.04
4.00±0.04
4.00±0.04
1.00±0.04
5.00
为测量沉积物混合物的流动速度和冲击力,水槽实验重复三次每九个类型的沉积物和粘土混合物不同卷内容的三个条件下水槽的梯度,25°30°,35°。每当我们实施实验、水和土壤沉积物的混合物充分混合放入之前存储的水槽。之后,他们不断搅拌甚至存储门打开之前减少分离。然后,存储门打开排放沉淀物混合物。摄像机安装捕捉沉积物混合是如何流动,和冲击力测量时,沉积物混合达到底部板连接负载细胞流的路径。
沉积物混合物的流动特性是通过使用两个摄像头的图像分析方法(30 fps)。分析了流速的前视图摄像机图像而流从侧视相机图像深度估计。随着流速,我们使用速度的鼻子沉积物混合之前的力板水槽的影响。同时,最大深度的鼻子沉积物混合在0.1米的距离力板用作流深度。负载细胞(由ca模型mn - 100 l)和数据记录器的采样频率80赫兹(由ca模型ci - 201)被用来测量流的冲击力。
实验结果,如流速之间的关系,深度,和冲击力的泥沙混合,进行统计分析提出相关的模型。统计分析的相关流速,冲击力和实验参数,如卷和粘土沉积物混合的内容和水槽坡度梯度是利用三方方差分析进行的。此外,模型参数对泥石流冲击力模型诱导实验结果的基础上,用来确认和回归分析模型的系数和弗劳德数之间的关系(Fr),代表了流动特性。R软件版本。3.3.2是用于统计分析和引入模型。
我们比较弗劳德数之间的水槽实验和实际泥石流事件之前的研究审查泥石流的再现性。水槽实验的结果在当前研究显示2.3 - -9.1的Fr。很难比较Fr的Mt。Umyeon泥石流事件在2011年我们没有测量流速。Fr的泥石流通常范围从0到3在柔和的梯度小于25°(
如图 流速的变化根据粘土含量体积混合(a)和(b)作为边坡条件变化。
流速的方差分析和实验的结果变量。
“先生”是混合比,“V”是体积,和“S”频道的斜率。
自由度
先生
2
25.49
< 0.01
V
2
17.63
< 0.01
年代
2
80.42
< 0.01
先生 4
1.04
0.39
先生 4
1.06
0.38
V 4
1.71
0.16
先生 8
0.62
0.75
剩余
75年
发现流沉积物深度混合物在统计学上相关卷( 流深度的变化根据粘土含量体积混合(a)和(b)作为边坡条件变化。
实验结果表明,水槽梯度,体积,和粘土沉积物混合内容与沉积物的影响力量显著混合物在99%的显著性水平(方差分析)。与此同时,它似乎是一个水槽梯度之间的交互和粘土含量(
图 冲击力和流动行为之间的关系。横轴是流速流(a)和(b)深度。圆,三角形,十字符号的意思是“S、M和L”的条件。蓝色、橙色和灰色的颜色意味着“A、B和C的粘度。
在先前的研究
大多数现有的泥石流速度模型表示为通道坡度和流量的功能,表现为流深度(
体积不变 经验常数
获得的值 方程( 总结速度估计模型的比较的结果。
每个系数的值表示为“平均值±标准错误。“RMSE均方根误差和意味着系数偏差。
公式
系数
RMSE
简历
参考
符号(单位)
值(平均值±标准错误)
牛顿层流
0.73±0.03
1.32
0.50
(
扩展流
2044.80±58.08
1.14
0.29
(
牛顿湍流
0.0221±0.0006
0.62
0.26
(
Voellmy流
25.57±0.46
0.56
0.18
(
本研究
25.60±0.31
0.37
0.12
模型计算泥石流流速的被假定为方程(
水动力系数之间的关系模型,冲击力和弗劳德数。蓝色的圆圈显示这个实验的结果,和橙色钻石表示数据的泥石流(
最后,泥石流冲击力的估计模型在结合方程(
组件的方程(
然而,有局限性,解决评估泥石流冲击力利用方程( 全面,模型,方程(
本研究初步表明泥石流冲击力的工作被认为是在设计本研究在韩国。作为这种努力的一部分,水槽实验开发模型来估计泥石流的影响力量。相关性在沉积物混合条件、流动特性和冲击力的实验统计分析,模型计算泥石流速度和冲击力先后介绍了。特别是,我们应用土壤和地形的特点在韩国努力考虑区域的模型作为条件的地方会发生泥石流。此外,我们利用本研究的设计因素作为输入变量的模型来估计泥石流冲击力的成本效率。
总之,韩国在给定条件下,足够发达模型可以适用在实际层面上虽然有一些明确的限制,应当通过开展进一步的实验来解决。强烈预期,这个模型可以利用更好的现场通过额外的一些改进实验。如果我们能获得足够的提起泥石流观测数据在未来,该模型可以在实践中更先进。
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
本研究的支持下进行了“森林科学技术研发项目(项目没有。2017061 b10 - 1919 ab01)“韩国森林所提供的服务(韩国林业推广研究所)。