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泥石流固液分离现象的理论描述

颗粒流,连续介质力学,深度积分模型

野外的观测经常发现: 干燥的大颗粒聚集在泥石流的龙头，从主 体至龙尾颗粒的粒径逐渐变小，流动逐渐呈多水化。传统观点将这一固液分离现 象归咎于颗粒分选。传统观点认为颗粒分选导致小颗粒处于流动的底部，大颗粒 处于流动的自由表面附近。在速度剪切的作用下，大颗粒被优先地输运到首部形 成干燥的龙头，将小颗粒-水混合物甩在后面。然而近期的单一粒径颗粒-水混合 物流动实验仍然展现固液分离现象，这激发我们提出一个新的理论来解释固液分 离这一尚未被充分理解的力学现象。采用有别于传统模型的流动假设，我们考虑 流动自发形成的垂向结构，引入剪切型速度分布，建立一个在数学上满足适定性 性质的深度积分数学模型。进一步，我们系统性地采用定常流动实验、斜坡溃坝 流动实验来验证模型方程的有效性，为精确地预测泥石流流动的轨迹、速度、滑行距离提供技术手段。