THE STUDY OF THE DEBRIS-FLOWS DYNAMICS ON AN EXPERIMENTAL STAND
Authors: Рыбальченко С.В. , Казакова Е.Н. , Боброва Д.А. , Казаков Н.А. 
Published: July 2024

Разработан и изготовлен стенд для исследования динамических характеристик селей и физического моделирования селей. Стенд представляет собой прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. Уклоны лотка изменяются от 10о до 45о. Выше лотка устанавливается ёмкость, заполняемая водой или приготовленной селевой смесью. Для наблюдения за внутренней структурой селевого потока обе стенки селевого лотка выполнены прозрачными. В лотке могут быть установлены металлические штанги для размещения тензодатчиков для измерения давления, скорости и температуры. Процесс движения селя через прозрачную стенку селевого лотка снимается скоростной видеокамерой. В ноябре 2019 г. был проведён эксперимент по измерению скорости селя. Измерялись скорость и скоростной напор водного потока и искусственного грязекаменного селя. Лоток был установлен с уклоном 12о. По лотку был пущен водный поток (для измерения скорости потока и величины скоростного напора, которые затем использовались как эталонные значения). Затем по лотку был пущен поток из подготовленной селевой смеси. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном залегании 2210 кг/м3. Плотность суглинка – 1910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2210 кг/м3. Измеренная по методу Стокса динамическая вязкость селевой массы составила 0,0498 Пуаз. Рассчитанная кинематическая вязкость селевой массы составила 0,0928 Стокс. Поскольку данных о скорости селей, измеренных непосредственно во время его движения, недостаточно, особую важность приобретают методы расчёта скорости селя по его следам, определённые при полевых исследованиях после схода селя. Одной из таких методик является методика определения скорости селя по величине скоростного напора: по следам селя (обмазкам) на стволах деревьев и т.д. Эта методика основана на формуле Э. Торричелли. Результаты эксперимента показали: скорость грязекаменного селя, рассчитанная по величине скоростного напора, оказалась ниже измеренной скорости до препятствия и выше измеренной скорости после препятствия. Измеренная скорость прохождения селем всего лотка оказалась близка к рассчитанной. Литература Виноградов Ю.Б. Искусственное воспроизведение селевых потоков на экспериментальном полигоне в бассейне р. Чемолган // Селевые потоки: сборник. М.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 3-7. Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с. Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Боброва Д.А., Окопный В.И., Казакова Е.Н., Рыбальченко С.В. Условия формирования связных селей при слабых осадках и распределение динамических характеристик в селевом потоке // Геориск. 2015. № 4. С. 12-16. Степанов Б.С., Степанова Т.С. Механика селей: эксперимент, теория, методы расчета. М.: Гидрометеоиздат, 1991. 379 с. Vinogradova T.A., Vinogradov A.Yu. The experimental debris ﬂows in the Chemolgan river basin. Natural Hazards. 2017. Vol. 88. Iss. 1. Supplement. P. 189-198. DOI: 10.1007/s11069-017-2853-z Wei F., Yang H., Hu K., Hong Y., Li X. Two methods for measuring internal velocity of debris flows in laboratory // WIT Transactions on Engineering Sciences. 2012. Vol 73. р. 61-71. DOI: 10.2495/DEB120061
Designed and manufactured a test stand for the dynamic characteristics of debris-flows and for physical modelling of debris-flows. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m. The slopes of the tray vary from 10o to 45o. Rods are installed in the tray to accommodate load cells for measuring pressure, speed and temperature. The process of moving the debris-flow through the transparent wall of the debris-flow tray is filmed by a high-speed video camera. During the experiment, the velocity and high- velocity pressure of water flow and artificial debris-flow were measured. The tray was installed with a slope of 12o. Water flow was started up on the tray (to measure the flow rate and the value of the velocity head, which were then used as reference values). Then the tray was put into the flow of the prepared debris-flow mixture. The debris-flow mixture was prepared from a dredged-crushed proluvial-deluvial deposits of Holocene age with a loamy aggregate with a density of 2210 kg/m3. The density of the prepared debris-flow mixture was 1756 kg/m3. Dynamic viscosity of the debris-flow mass measured by the Stokes method was 0.0498 Poise, kinematic viscosity of the debris-flow mass was 0.0928 Stokes. Data on the debris-flow velocity measured directly during its movement of the debris-flow is not enough. Therefore, methods for calculating the speed of a debris-flow slide in its are important. One of these methods is the method of calculating the debris-flow velocity by the magnitude of the speed head (on the traces of the debris-flow on the trunks of trees). That method is based on the formula of E. Torricelli. The results of the experiment showed that the measured debris-flow velocity, calculated from the magnitude of the velocity head, was lower than the measured velocity before the obstacle and higher than the measured velocity after the obstacle. The measured velocity of the debris-flow passage of the entire tray was close to the calculated one. References Kazakov N.A., Gensiorovskij Y.V., Bobrova D.A., Kazakova E.N., Okopnyj V.I., Rybalchenko S.V. Usloviya formirovaniya svyaznykh selei pri slabykh osadkakh i raspredelenie dinamicheskikh kharakteristik v selevom potoke Conditions of formation of cohesive debris flows in low precipitation and the distribution of the dynamic characteristics in debris-flow channel. Georisk Georisk, 2015, no. 4, pp. 12-16, 56. (In Russian abstract in English). Stepanov B.S., Stepanova T.S. Mekhanika selei: eksperiment, teoriya, metody rascheta Mudflow mechanics: experiment, theory, calculation methods. Moscow, Publ. Gidrometeoizdat, 1991. 379 p. (In Russian). Vinogradov Yu.B. Iskusstvennoe vosproizvedenie selevykh potokov na eksperimentalnom poligone v basseine r. Chemolgan Artificial reproduction of mudflows at an experimental training ground in the Chemolgan River Basin In: Selevye potoki: sbornik Mudflows: collection. Moscow, Publ. Gidrometeoizdat, 1976, pp. 3-7. (In Russian). Vinogradov Yu.B. Etyudy o selevykh potokakh Etudes about mud stream. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1980. 144 p. (inRussian). Vinogradova T.A., Vinogradov A.Yu. The experimental debris ows in the Chemolgan river basin. Natural Hazards, 2017, vol. 88, iss. 1. Supplement, pp. 189-198. DOI: 10.1007/s11069-017-2853-z Wei F., Yang H., Hu K., Hong Y., Li X. Two methods for measuring internal velocity of debris flows in laboratory. WIT Transactions on Engineering Sciences, 2012, vol 73, pp. 61-71. DOI: 10.2495/DEB120061