堰塞湖土料沖蝕特性測(cè)量系統(tǒng)研究

王 琳，李炎隆，武鈺淼

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710048)

堰塞湖是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，具有壩體結(jié)構(gòu)松散、幾何形態(tài)各異、潰決風(fēng)險(xiǎn)高、潰決致災(zāi)后果嚴(yán)重等特點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)堰塞湖呈現(xiàn)大規(guī)模、高頻率、群發(fā)性、風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加的趨勢(shì)，是目前堰塞湖潰決數(shù)量最多的國(guó)家[1]。堰塞湖一旦潰決，極易形成災(zāi)害鏈，威脅下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)[3]，9%的堰塞湖在1小時(shí)內(nèi)潰決，34%在1天內(nèi)潰決，67%在1個(gè)月內(nèi)潰決。2000年4月，易貢堰塞湖[4]形成，潰決時(shí)峰值流量達(dá)到94 810 m3/s。2008年汶川特大地震造成257處堰塞湖，其中最具代表性的是唐家山堰塞湖[5]和小崗劍堰塞湖[6]，潰決洪峰分別達(dá)到6 500 m3/s和3 950 m3/s，使得近百萬(wàn)人的生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。2018年白格堰塞湖更是兩次堵塞金沙江上游干流[7]，潰決洪峰流量分別達(dá)到10 000 m3/s和31 000 m3/s[8-9]，導(dǎo)致下游在建的蘇洼龍水電站圍堰拆除，葉巴灘、拉哇、巴塘等在建水電站工程延期。

沖蝕是堰塞湖潰決的主要因素之一，定量分析沖蝕過(guò)程是揭示堰塞湖壩體土料沖蝕特性的重要挑戰(zhàn)[2]。土料的沖蝕特性以沖蝕流速(沖蝕臨界剪應(yīng)力)和沖蝕率表征。水流對(duì)土體表面顆粒施加剪應(yīng)力，當(dāng)該剪應(yīng)力超過(guò)臨界值時(shí)，土料發(fā)生沖蝕，對(duì)應(yīng)的水流平均速度為沖蝕流速。沖蝕流速?zèng)Q定了土體沖蝕開(kāi)始和終止的時(shí)間，是影響沖蝕率的重要參數(shù)。由于沖蝕率與剪應(yīng)力的關(guān)系均呈現(xiàn)不同形式，進(jìn)而導(dǎo)致潰決洪水分析計(jì)算結(jié)果極為不穩(wěn)定，有時(shí)甚至不收斂。以唐家山堰塞湖為例，作者分別選用Einstein-Brown、Englund-Hensen、Du Boys和Meyer Peter & Muller四種不同的沖蝕模型開(kāi)展?jié)Q洪水分析，通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比[10]，發(fā)現(xiàn)不同沖蝕模型計(jì)算出的潰決流量結(jié)果差距可達(dá)2～3倍。

因此，許多不同的沖蝕特性測(cè)量系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)用以研究沖蝕特性。廣泛應(yīng)用的有原位流槽法[11]、室內(nèi)水槽法[12]、旋轉(zhuǎn)圓柱測(cè)試(Rotation Cylinder Test)[13]、沖蝕裝置(Erosion Function Apparatus，EFA)[14]、孔洞沖蝕測(cè)試(Hole Erosion Test)[15]、噴射沖蝕測(cè)試(Jet Erosion Test)[16]等。Wahl[17]在對(duì)HET和JET設(shè)備開(kāi)展沖蝕試驗(yàn)對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，JET設(shè)備的沖蝕率比HET高一個(gè)數(shù)量級(jí)，臨界剪應(yīng)力卻低兩個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)?？梢?jiàn)采用不同測(cè)量系統(tǒng)可得到不同的沖蝕模型，由于采用的系統(tǒng)不同，會(huì)產(chǎn)生較大差異。這些沖蝕測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法模擬實(shí)際潰決洪水流速，較難測(cè)量含有大體積巖石碎塊的堰塞湖土料沖蝕特性。

為模擬堰塞湖潰決過(guò)程，本文擬提出一種新的土料沖蝕特性測(cè)量方法，并通過(guò)自行研制的圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備(CETA)測(cè)量土料沖蝕特性。與上述測(cè)量系統(tǒng)相比，自行開(kāi)發(fā)的CETA具有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，能提供7 m/s的最高流速，可滿足潰決的快速變化過(guò)程。其次，可對(duì)粗料(砂、礫石)進(jìn)行試驗(yàn)。第三，可針對(duì)最大粒徑10 cm的土料開(kāi)展沖蝕試驗(yàn)。本文將通過(guò)介紹圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備，并選用易貢堰塞湖土料開(kāi)展不同粒徑的啟動(dòng)流速和沖蝕率的試驗(yàn)研究，建立土體沖蝕流速與沖蝕率之間的關(guān)系式，檢測(cè)土料沖蝕特性測(cè)量方法的可靠性；并通過(guò)確定剪應(yīng)力計(jì)算公式，建立堰塞湖土料沖蝕率與沖蝕剪應(yīng)力間的沖蝕模型。

1 圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備(CETA)結(jié)構(gòu)與原理

1.1 結(jié) 構(gòu)

CETA由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、沖蝕試驗(yàn)系統(tǒng)、清淤循環(huán)系統(tǒng)和控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖1。傳動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)和葉輪(見(jiàn)圖2、3)。在實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)葉輪，葉輪又驅(qū)動(dòng)圓筒中的水流來(lái)沖刷土料樣品。調(diào)速電機(jī)額定電壓為220 V，最高轉(zhuǎn)速為1 400 r/min，由沉砂池、水泵和散水器組成的清淤循環(huán)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水循環(huán)。土顆粒被沖走后，隨水流入沉砂池，沉砂池中的水通過(guò)水泵和散水器回到筒中，而土顆粒留在沉砂池中。在圓筒的四周專門設(shè)置了3個(gè)由有機(jī)玻璃制成的觀察窗，可用于觀察和拍攝土體沖蝕過(guò)程，每個(gè)觀察窗的尺寸約為40 cm×28 cm。另外，考慮到圓筒渦流可能會(huì)影響沖蝕過(guò)程，所以在筒底部加裝了一個(gè)圓柱體的燈環(huán)，使筒底接近一個(gè)環(huán)形水槽，降低渦流的影響，提高試驗(yàn)的觀測(cè)和拍攝效果。試樣可采用原狀土或重塑土，也可以是細(xì)粒土或粗粒土。此圓筒的內(nèi)徑為104 cm，圍繞中軸的照明燈環(huán)直徑為35.4 cm，燈環(huán)的高度為30 cm。

圖1 圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備Fig.1 Cylindrical rotating erosion apparatus

圖2 電機(jī)Fig.2 Motor

1.2 原 理

設(shè)備通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)促使水流發(fā)生流動(dòng)，水流啟動(dòng)后即沖刷已放置在圓筒底部的試樣，一旦試樣出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的速度即為沖蝕啟動(dòng)流速。采集系統(tǒng)可記錄流速和試樣沖刷過(guò)程。設(shè)備的葉輪最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為11 m/s，試驗(yàn)水深范圍為0.4～0.7 m。細(xì)粒料樣品，如粘土、粉土和細(xì)砂，可放入土壤樣品箱(見(jiàn)圖4(a))，類似于EFA。在試驗(yàn)過(guò)程中，用提升系統(tǒng)將試樣推進(jìn)5 mm，記錄在一定水流速度下5 mm試樣的沖蝕時(shí)間，可用于模擬真實(shí)堰塞湖壩體中的粗礫料土樣(見(jiàn)圖4(b))。確定流速下的沖蝕率可通過(guò)計(jì)算固定時(shí)間內(nèi)的土體沖蝕量計(jì)算。

圖4 土樣的兩種不同布置方式Fig.4 Two different layout patterns of the soil sample

具體試驗(yàn)程序可簡(jiǎn)化為如下。

1) 土樣制備。根據(jù)要求的密度和含水量制備土樣，將制備好的土樣放置在可升降的樣品箱或圓筒底部。

2) 組裝圓筒和攝像頭。隨后，將水注入圓筒，高度為55 cm。

3) 打開(kāi)相機(jī)并調(diào)整其位置。

4) 打開(kāi)主電源，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱。

5) 在沖蝕開(kāi)始之前，旋轉(zhuǎn)速度一直增加，并記錄轉(zhuǎn)速。

6) 通過(guò)采集系統(tǒng)測(cè)量并記錄沖蝕流速和沖蝕速率。沖蝕率可由沖刷高度(5 mm)或測(cè)定時(shí)間間隔內(nèi)的殘余土料換算而成。

7) 根據(jù)試驗(yàn)要求，提高轉(zhuǎn)速并重復(fù)步驟6。

8) 測(cè)試結(jié)束后，關(guān)閉電源并清潔儀器。

2 沖蝕剪應(yīng)力計(jì)算方法

2.1 葉輪轉(zhuǎn)速與水流速度關(guān)系的標(biāo)定

圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備工作時(shí)，是電機(jī)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)水的介質(zhì)作用，將速度傳遞到底部的試樣上。通過(guò)水的傳遞作用，葉輪中心位置處的流速值與底部試樣位置上的流速值存在差異，需要率定?？紤]到圓筒設(shè)備是新裝置以及它的特殊性，選用流速儀對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行率定。采用FP111型直讀式流速儀(見(jiàn)圖5)，通過(guò)測(cè)量沖蝕設(shè)備過(guò)水?dāng)嗝娴牟煌恢迷诓煌~輪轉(zhuǎn)速下的流速來(lái)對(duì)設(shè)備內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行率定，建立不同葉輪轉(zhuǎn)速下設(shè)備內(nèi)部流速場(chǎng)的分布特征，確定實(shí)測(cè)流速與葉輪轉(zhuǎn)速的相關(guān)關(guān)系，圖6為流速測(cè)定的測(cè)點(diǎn)位置示意圖。

圖5 FP111直讀式流速儀Fig.5 FP111 reading type current meter

圖6 測(cè)點(diǎn)分布圖 Fig.6 Measuring point

在不一樣的測(cè)點(diǎn)保持共同的轉(zhuǎn)速，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)記錄的時(shí)間為40 s左右，并記錄其在此時(shí)間內(nèi)的平均流速和最大流速。結(jié)果見(jiàn)表1、表2和表3，其中水深均為55 cm。

表1 1、4、7、10四個(gè)點(diǎn)的率定結(jié)果Tab.1 Calibration results of four points 1, 4, 7, 10

表2 2、5、8、11四個(gè)點(diǎn)的率定結(jié)果Tab.2 Calibration results of four points 2, 5, 8, 11

表3 3、6、9、12四個(gè)點(diǎn)的率定結(jié)果Tab.3 Calibration results of four points 3, 6, 9, 12

在率定過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)無(wú)論水量多少，測(cè)點(diǎn)2(見(jiàn)圖6)處的試樣均為首先啟動(dòng)，驗(yàn)證了圓筒內(nèi)部流速場(chǎng)的不均勻性。水流沿筒內(nèi)葉輪的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，水速分布主要由相對(duì)于葉輪的位置來(lái)決定，又因?yàn)?點(diǎn)的試樣最先啟動(dòng)，故取各轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的2，5，8，11四個(gè)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖6)最大流速值的平均值，得到轉(zhuǎn)速與水速之間的換算關(guān)系。其換算關(guān)系式為：

y=0.679x-0.0103

(1)

式中：y為底部中心流速值(m·s-1)；x為葉輪中心轉(zhuǎn)速值(m·s-1)。

2.2 沖蝕剪應(yīng)力計(jì)算方法

文獻(xiàn)[18]認(rèn)為在無(wú)法直接測(cè)量沖蝕率和剪應(yīng)力的情況下，最有效的替代方法是使用Moody圖(見(jiàn)圖7)估計(jì)其剪應(yīng)力。

圖7 Moody圖Fig.7 Moody chart

本研究對(duì)圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備采用Briaud[14]的剪應(yīng)力計(jì)算公式：

(2)

式中：τ為剪應(yīng)力(N·m-2)；ρw為水的密度(1 000 kg·m-3)；V為平均速度；f為摩擦系數(shù)。

Reynolds數(shù)Re計(jì)算公式為：

(3)

式中：D為管道的水力直徑；v為水在25℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度(10-6m2·s-1)。水力直徑D為水力半徑R的4倍，水力半徑由流動(dòng)面積除以潤(rùn)濕周長(zhǎng)來(lái)定義，此公式表示為：

D=2ab/(a+b)

(4)

則水力直徑為：

(5)

當(dāng)Re>100 000時(shí)，直接在Moody圖中尋找對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)f。

當(dāng)Re<100 000時(shí)，用：

(6)

此方程為Blasius方程，式(6)可計(jì)算摩擦系數(shù)，不必使用Moody圖查詢。

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

見(jiàn)圖8，選用易貢的兩種典型土料開(kāi)展沖蝕試驗(yàn)，D50=8 mm，D50=10 mm。樣品的面積控制為1 075 cm2和1 085 cm2，結(jié)果見(jiàn)圖9。試驗(yàn)中土體天然密度分別為1.845 g/cm3和1.585 g/cm3，水深為55 cm。沖蝕率定義為單位時(shí)間內(nèi)土料樣品被沖走的高度，土料質(zhì)量控制在4.00 kg和3.72 kg。

圖8 易貢土料典型級(jí)配曲線Fig.8 Gain size distributions of two Yigong landslide dam materials

圖9 典型粒徑級(jí)配沖蝕率Fig.9 Erosion rate of particle size gradation

3.1 沖蝕率

Briaud[14]運(yùn)用EFA設(shè)備對(duì)干凈粗砂開(kāi)展了沖蝕率研究。此土體的D50=3.375 mm，其沖蝕率最大為12 000 mm/h=0.33 cm/s，見(jiàn)圖10，其沖蝕流速與沖蝕率呈雙曲線函數(shù)關(guān)系。采用圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備針對(duì)易貢的典型土料(D50=8 mm，D50=10 mm)開(kāi)展沖蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。分別對(duì)以上數(shù)據(jù)運(yùn)用R語(yǔ)言進(jìn)行線性回歸，建立沖蝕流速和沖蝕率之間的關(guān)系式，見(jiàn)式(7)和式(8)。

表4 粒徑級(jí)配D50=8 mm沖蝕率Tab.4 Erosion rate of particle size gradation D50=8 mm

表5 粒徑級(jí)配D50=10 mm沖蝕率Tab.5 Erosion rate of particle size gradation D50=10 mm

圖10 砂土的沖蝕曲線Fig.10 Erosion curve for coarse sand

沖蝕流速與沖蝕率的關(guān)系，經(jīng)回歸后當(dāng)D50=8 mm時(shí)：

(7)

當(dāng)D50=10 mm時(shí)：

(8)

式中：v為沖蝕流速(m/s),y為沖蝕率(m/s)。

由圖10可知，沖蝕流速與沖蝕率之間呈雙曲線函數(shù)關(guān)系，試驗(yàn)中得到?jīng)_蝕率的最大值為0.17 cm/s，試驗(yàn)結(jié)果中的量級(jí)和圖10中關(guān)于干凈粗砂的量級(jí)一致，數(shù)值略小于文獻(xiàn)中0.33 cm/s的數(shù)值。之所以出現(xiàn)此情況是因?yàn)镋FA試驗(yàn)選用的材料為干凈粗砂，而易貢主要堆積區(qū)材料除了塊石、砂之外還包含一些粉塵及碎屑，所以試驗(yàn)結(jié)果稍小于Briaud[14]的數(shù)值。

Briaud[14]提到，EFA設(shè)備中的相同平均速度為1 m/s，砂的沖蝕率約是粘土的1 000倍，表明不同土體的沖蝕率可能存在較大差異。文獻(xiàn)中提到干凈的砂和礫石的沖蝕率數(shù)值量級(jí)為104mm/h，與本文試驗(yàn)結(jié)果一致。

綜上所述，試驗(yàn)結(jié)果顯示沖蝕流速與沖蝕率呈雙曲線函數(shù)關(guān)系，且有很大的相關(guān)性，通過(guò)結(jié)果分析認(rèn)為圓筒型沖蝕試驗(yàn)設(shè)備的可靠性值得信賴，也驗(yàn)證了沖蝕率試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，可用來(lái)開(kāi)展沖蝕剪應(yīng)力研究。

3.2 沖蝕剪應(yīng)力

參照EFA計(jì)算公式、圓柱的剖面為長(zhǎng)方形，計(jì)算濕周，參考公式(2)～(6)計(jì)算剪應(yīng)力，并采用回歸方程尋找沖蝕流速、沖蝕率和沖蝕剪應(yīng)力τ之間的關(guān)系。其沖蝕流速、沖蝕率和沖蝕剪應(yīng)力之間關(guān)系見(jiàn)表6和表7。

表6 D50=8 mm時(shí)沖蝕速度與沖蝕剪應(yīng)力的關(guān)系Tab.6 Relationship between velocity and critical shear stress in D50=8 mm

表7 D50=10 mm時(shí)沖蝕速度與沖蝕剪應(yīng)力的關(guān)系Tab.7 Relationship between velocity and critical shear stress in D50=10 mm

沖蝕流速與沖蝕剪應(yīng)力的關(guān)系，經(jīng)回歸后當(dāng)D50=8 mm時(shí)指數(shù)曲線為如下：

(9)

當(dāng)D50=10 mm時(shí)指數(shù)曲線為如下：

(10)

式中：τ為沖蝕剪應(yīng)力(N·m-2)；y為速度(m·s-1)。

3.3 沖蝕率剪應(yīng)力模型

本課題組[19]基于唐家山實(shí)測(cè)的沖蝕率，認(rèn)為土體材料抵抗沖蝕時(shí)，不應(yīng)有無(wú)限“強(qiáng)度”，建議采用雙曲線模型，其形式如下：

(11)

式中：v為扣除臨界剪應(yīng)力后的剪應(yīng)力：

v=k(τ-τc)

(12)

雙曲線模型的沖蝕率是具有物理意義的，認(rèn)為土體包含一定的強(qiáng)度，當(dāng)沖蝕達(dá)到一定程度后，將不再增加(見(jiàn)圖11)。即雙曲線有一當(dāng)v接近無(wú)限值時(shí)的漸進(jìn)線，即dz/dt的極值1/b。其中單位變換因子k為100，其含義為v等于0時(shí)曲線的斜率。

圖11 堰塞湖土料沖蝕剪應(yīng)力與沖蝕率的關(guān)系圖Fig.11 Relationship between erosion shear stress and erosion rate of dam-lake soil

在所有潰決洪水分析方法中，研究人員多選用繼承了泥沙-水力學(xué)領(lǐng)域中開(kāi)發(fā)的土體沖蝕模型，如Engelund-Hansen、Meyer-Peter-Mueller及Einstein-Brown，分別應(yīng)用于計(jì)算機(jī)程序MIKE11模型、BREACH模型和BEED模型。這些模型多用來(lái)評(píng)價(jià)低流速河床上的泥沙輸運(yùn)模式，高速潰決洪水過(guò)程中的土體沖蝕行為很少研究。由于流速的定義關(guān)系，沖蝕剪應(yīng)力與沖蝕率有很大的相關(guān)性，較快的流速產(chǎn)生較大的沖蝕剪應(yīng)力。上述大多數(shù)用于測(cè)量粘性土體和巖石的沖蝕率分析表達(dá)式包含大量參數(shù)。Trammell[20]認(rèn)為基于這些變量參數(shù)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其相關(guān)性是不切實(shí)際的，而且評(píng)估大量參數(shù)導(dǎo)致成本過(guò)高。

Einstein[21]，Partheniades[22]，van Prooijen 和 Winterwerp[23]都認(rèn)為沖蝕率可由與沖蝕剪應(yīng)力相關(guān)的函數(shù)關(guān)系式表示。Slagle[24]還認(rèn)為可運(yùn)用類似EFA-SRICOS或Miller-Sheppard模型[24-25]方法，使用純經(jīng)驗(yàn)公式模擬沖蝕率剪應(yīng)力關(guān)系。因此，純粹的經(jīng)驗(yàn)方法可用來(lái)擬合沖蝕率-沖蝕剪應(yīng)力關(guān)系。van Prooijen和Winterwerp認(rèn)為在低于原定義的臨界剪應(yīng)力時(shí)仍可能發(fā)生沖蝕；在大于臨界應(yīng)力時(shí)，該線性近似仍是有效的。因此，通過(guò)首先計(jì)算沖蝕率，再繪制其與剪應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系圖，建立沖蝕率與沖蝕剪應(yīng)力的沖蝕模型。

Briaud[14]提出，在干凈的砂和砂礫中，影響τc的主要土體參數(shù)是由D50引起的。本文改變D50的大小，研究沖蝕率和沖蝕剪應(yīng)力的關(guān)系。沖蝕率與沖蝕剪應(yīng)力數(shù)值見(jiàn)表3和表4。通過(guò)對(duì)沖蝕率和沖蝕剪應(yīng)力的關(guān)系回歸后公式見(jiàn)下。

D50=8 mm：

(13)

D50=10 mm：

(14)

式中：τ為剪應(yīng)力(N·m-2)；y為速度(m·s-1)。

本課題組[19]基于唐家山實(shí)測(cè)的沖蝕率，提出了沖蝕率-剪應(yīng)力雙曲線模型，認(rèn)為土體材料抵抗沖蝕時(shí)，不應(yīng)有無(wú)限“強(qiáng)度”。上述研究證實(shí)沖蝕率與剪應(yīng)力之間呈雙曲線函數(shù)關(guān)系。當(dāng)剪應(yīng)力較小時(shí)，沖蝕率與剪應(yīng)力存在較強(qiáng)的雙曲線函數(shù)關(guān)系。

4 結(jié) 論

土料沖蝕特性可以用水流引起的沖蝕剪應(yīng)力和土料沖蝕函數(shù)(即沖蝕速率與剪應(yīng)力曲線)表征。本文介紹了一種新型土料沖蝕測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)圓筒型沖蝕試驗(yàn)裝置(CETA)和一種計(jì)算剪切應(yīng)力的方法。所研制的CETA具有空間小、耗水量少、流速高等優(yōu)點(diǎn)，并能對(duì)D50小于30 mm的土體顆粒進(jìn)行測(cè)量。運(yùn)用此系統(tǒng)開(kāi)展了易貢土料的啟動(dòng)流速、沖蝕率、沖蝕剪應(yīng)力研究。

試驗(yàn)結(jié)果表明：該裝置的沖蝕率結(jié)果可靠，與原有文獻(xiàn)的沖蝕率數(shù)值處于同一量級(jí)，與Briaud的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，可用來(lái)進(jìn)行堰塞湖土料沖蝕率-剪應(yīng)力分析；提出了堰塞湖土料沖蝕剪應(yīng)力的精確計(jì)算方法，發(fā)現(xiàn)沖蝕率與剪應(yīng)力呈現(xiàn)雙曲線關(guān)系，建立了堰塞湖土料雙曲線沖蝕模型，可應(yīng)用于堰塞湖潰決分析模擬。