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泥石流沖擊力和沖起高度是防護結構設計的重要參數；同時(shí)，泥石流沖擊造成流體速度和深度的瞬時(shí)變化，因而可以作為泥石流數值模型的嚴謹的驗證手段。以往的研究證實(shí)了沖擊力和沖起高度與流體的Froude數密切相關(guān)，但是由于實(shí)驗材料、結構形式、測量手段等設置上的差異，其與Froude數的定量關(guān)系一直未明確。針對該難題，中科院成都山地所宋東日研究員團隊通過(guò)自主設計的傳感器模塊與精準的實(shí)驗測量，初步確定了以上的定量關(guān)系。

研究團隊進(jìn)行了不同流態(tài)（Froude范圍0.36-8.62）和不同體積固相濃度（0.40-0.55）的兩相流沖擊剛性擋板的室內水槽實(shí)驗。實(shí)驗利用PIV技術(shù)獲取了泥石流沖擊過(guò)程的流場(chǎng)，有利于判定沖擊模式；通過(guò)對水槽基底正剪應力、孔隙水壓、擋板上總壓力和流體沖擊壓力的精細測量，揭示了兩相沖擊動(dòng)力過(guò)程，測試結果進(jìn)一步與Vertical jet和Momentum jump兩種理論模型預測結果進(jìn)行了對比。

研究結果揭示了兩相泥石流的沖擊動(dòng)力學(xué)特性并驗證了理論模型的適用性。雖然沖擊模式上存在差異，沖擊力測量結果與Vertical jet和Momentum jump兩種理論模型均較接近，且泥石流數據本身的離散性要大于兩種理論模型之間的差異，因而工程設計不需要過(guò)多考慮兩種沖擊模式造成的沖擊荷載的差異；此外，Froude數3-4可作為區分Vertical jet和Momentum jump兩種模式對應的沖起高度的閾值，在此閾值之上，符合Vertical jet模式。本研究確認了泥石流流態(tài)（Froude數）與沖擊（沖擊力和沖起高度）的定量關(guān)系，可對泥石流的防護工程設計提供參考并為泥石流災害中建筑物的易損性評估提供依據。

研究成果得到國家自然科學(xué)基金（41925030, 42077256）等項目支持。相關(guān)成果發(fā)表于工程地質(zhì)學(xué)期刊Engineering Geology。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2021.106211

水槽底部測量模塊：三軸測力與孔壓傳感器的組合來(lái)精準測量正應力、剪應力和孔隙水壓

無(wú)量綱化的泥石流沖擊荷載（左圖）和沖起高度（右圖）與Froude數的關(guān)系，實(shí)線(xiàn)標示理論模型