ОЦЕНКА КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ СМЕЩЕНИЯ ЧАСТИЦ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ПРИ ЗАРОЖДАЮЩЕМСЯ ПОВЕРХНОСТНОМ СТОКЕ Estimating Critical Shear Velocity of Incipient Cohesive Sediment Motion of Shallow Slope under Surface Runoff

Xingyu Yuan, Yongxiong Zhang, Fei Ye, Wenxi Fu, Shuang Zheng

Аннотация


Представлены результаты экспериментально-теоретических исследований эрозии грунтовых склонов малой мощности под воздействием поверхностных стоков атмосферных вод. Поставлена задача определения критической скорости движения частиц осадочных пород при зарождающемся поверхностном потоке грунтовой воды, что можно рассматривать как критерий начала суффозионных явлений. Задача решается на основе описания поведения частиц связного грунта при движении водного потока с учетом их взаимодействия и скорости потока. Используются три основных допущения: угол наклона склона менее 30°, ламинарность поверхностного стока и равномерная пленка воды вокруг грунтовых частиц. Получена функция зависимости скорости движения частиц грунта от мощности слоя, глубины поверхности стока воды, удельного веса грунта и его пористости, динамической вязкости воды, угла наклона склона и коэффициента фильтрации. Выполнены экспериментальные исследования с использованием системы лотков. для разных грунтовых условий (различный диаметр частиц и соотношении долей гравия и пылеватых частиц в объеме массива). Установлено, что данные расчета хорошо согласуются с опытными. При этом эффект взаимодействия между частицами имеет большее значение для мелких частиц, а угол наклона поверхности стока уменьшает критическую скорость сдвига.

Полный текст статьи публикуется в английской версии журнала
«Soil Mechanics and Foundation Engineering”, vol.59, No.6


Литература


C. Xu, Z.J. Yang, W. Qian, et al., “Runoff and soil erosion responses to rainfall and vegetation cover under various afforestation management regimes in subtropical montane forest,” Land Degradation & Development, 30(14), 1711-1724 (2019).

M.J.M. Römkens, K. Helming, and S.N. Prasad, “Soil erosion under different rainfall intensities, surface roughness, and soil water regimes,” Catena, 46(2-3), 103-123 (2002).

B. Yang, W.L. Wang, M.M. Guo, et al., “Soil erosion of unpaved loess roads subjected to an extreme rainstorm event: a case study of the Jiuyuangou watershed on the Loess Plateau, China,” Journal of Mountain Science, 16(6), 1396-1407 (2019).

M.J.S. Safari, M. Mohammadi, and G. Gilanizadehdizaj, “On the effect of cross sectional shape on incipient motion and deposition of sediments in fixed bed channels,” Journal of Hydrology and Hydromechanics, 62(1), 75-81 (2014).

E. Istanbulluoglu, D.G. Tarboton, R.T. Pack, et al., “A sediment transport model for incision of gullies on steep topography,” Water Resources Research, 39(4), 1103 (2003).

I. Alfadhli, S.Q. Yang, and M. ivakumar, “Influence of Vertical Motion on Initiation of Sediment Movement,” Journal of Water Resource and Protection, 6(18), 1666-1681 (2014).

Y. Lu, Y.J. Lu, and Y.M. Chiew, “Incipient motion of cohesionless sediments on riverbanks with ground water injection,” International Journal of Sediment Research, 27(1), 111-119 (2012).

F.J.M. Simões, “Shear velocity criterion for incipient motion of sediment,” Water Science and Engineering, 7(2), 183-193 (2014).

A.B. Shvidchenko, G. Pender, and T.B. Hoey, “Critical shear stress for incipient motion of sand/gravel streambeds,” Water Resources Research, 37(8), 2273-2283 (2001).

A. Armanini and C. Gregoretti, “Incipient sediment motion at high slopes in uniform flow condition,” Water Resources Research, 41(12), W12431 (2005).

X.L. Chen, J.M. Ma, and S. Dey, “Sediment Transport on Arbitrary Slopes: Simplified Model,” Journal of Hydraulic Engineering, 136(5), 311-317 (2010).

Y.M. Chiew and G. Parker, “Incipient sediment motion on non-horizontal slopes,” Journal of Hydraulic Research, 32(5), 649-660 (1994).

B.T. Woldegiorgis, A. Van Griensven, and W. Bauwens, “Explicit incipient motion of cohesive and non-cohesive sediments using simple hydraulics,” The Depositional Record, 4(1), 78-89 (2018).

X.Y. Yuan, N. Zheng, F. Ye, et al., “Critical runoff depth estimation for incipient motion of non-cohesive sediment on loose soil slope under heavy rainfall,” Geomatics, Natural Hazards and Risk, 10(1), 2330-2345 (2019).

N. Ahmad, H. Bihs, D. Myrhaug, et al., “Three-dimensional numerical modelling of wave-induced scour around piles in a side-by-side arrangement,” Coastal Engineering, 138, 132-151 (2018).

S.U. Choi and S.J. Kwak, “Theoretical and probabilistic analyses of incipient motion of sediment particles,” KSCE Journal of Civil Engineering, 5(1), 59-65 (2001).

Q.W. Han, “Characteristics of Incipient Sediment Motion and Incipient Velocity,” Journal of Sediment Research (4), 46-62 (1982). (in Chinese)

H.G. Li, M.Q. Yuan, and X.Q. Zhang, “Study on Critical Motion and Erosion of Cohesive Sediment,” Journal of Waterway and Harbor (3), 20-26 (1995). (in Chinese)


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.