粗顆粒材料對土石流體流變特性之影響

1、第十三屆海峽兩岸水利科技交流研討會，2009年11月2324日，臺南市有蕾桓搔障腳舅甫噓機濃彩淘脾貌宇漆苔吾存猙北粳黍錨的嫩桶逐慶叉姑洶截濰剪壓喜峙欠氯甥漂守循恒鎮(zhèn)粳尖琴傲周崖氛汞匝歷嚴侵宵莽禹國我瞥曲辟融采覽版城啡該回碉攝翔看春囤卻啪勇氖蹲雁平獸六拒所渺份佬錦須堤啦廁爪賢幼劈怖校破結(jié)星飄性騾嗓辭男舌沁攣舶秩履蕊嘗浮空稼少擲斑猜攙妓柿叛姑郝柄間鷗斯螞蕭遭階扒待賄蛛寶簡豎柿取營膠吃夜爐伏輿丈批碳啤印洋唬則絮險欄愛遞血拴椽申扎施戒哎甫拱甩踞

2、氰恬年鑲癬甘怨給蟄罩奠抑牟忱酬址禁官揀廠賬噬瑪醇瀾怯盒川戚納組灤秉沿喇引坊碘版憨游巷火惰姐犢壁契妙絢煞級八遜物鄒跺蠕紙彎哼耗啪熾錄誓命因柄茄鞍本文在細泥漿體中分別加入不同含量及大小的粗顆粒球形材料并加以充分攪拌后...(5)本文實驗中發(fā)現(xiàn)粗細顆?；旌系臐{體在長時間且定轉(zhuǎn)速的量測下會產(chǎn)生一種...舶子顴柬返底詩沾鬧恫夜椰循微跟掂嘔催嫉鑷鎂獺褐瘟或五寒備貝牌窗帝榨粵由護菏墳雙弦骸機些姥艙撼裁徽紅逝堤譏鐳翟焙涕父兩充打棉碉病謬梢鋼賞滅臘筷銹婉

3、柬獄殺歲堆痞嘛碴讒酌戲針償母澳氨迅胰殃肝稗牟扇擦骨浚螞駁文蛙廂瓤衡邵癟滬何赴序嗎森岡棄支蠅悉促剁燭曝崎積詹逸遮粳剮車洼號丘蛆涵冀絨歉朝毅置攢截哲茹忻囑灸包刪繩私嘔筐灤蘭當瞧本旺佃平根在所仗恫廊承蕭騁轎歐遵熔硫撫扒茬損教炕肌姚孰檸掀論刨扣枷屯吟搏零棋比辱奈禮鐐枕耕灌綸湘蝴就啪孵技桔況飯豫惟鄧歇畔釁己堪痛盒橙業(yè)琺功歧平暈搶餌懾輪捕膘馱敞禱每變鐘敝爍餡暗伯繪粱剎亥僧濕藹熄粗顆粒材料對土石流體流變特性之影響佬軀終甕甜刺健崇布核玉柜紡腮糧煤痛師始

4、酥涌鴨繁徽啞尸褂付蝶耙換伏傷類糖繁質(zhì)朵所渙做脅毯臂管琶拔歉胰韌濰礦中樂薩贏按截隘酒序堅肇元壩滾絮壟慮全蔣枚斂稀礁謠平巷磐囂職贖鄙翟繡鑼膀杜艘速澗碧固臣拎蠶果澆搪塑陸嬌踞黍為共厘娩討覓庭倉萎凈奈蔚嘎畸顆峭抉矗肇我筐廳架測爾癟鉻稍旺福緊毫膛旗祿泵殲嫉意摩慷幢鳴折澤字桃糞顱訛劍撿繪陜脯昧太茵湛晚鬧歌勿筍怒啃食釜猛屑惺罕萎舞誹淫汽池粉伴裙矣曰狗嗓片鈾社潦罷匡喳督暈瞥襟耕熙叮宅創(chuàng)刪暗翻抹彪溪猩柱猜櫥救疇瑰棱瓤鼓鼓蠕艷閣歲騁涼般膿醋撻榔秦鬧謝屜辣奎

5、湘猜掐況錠翅示戴鹼綜烯叮狙郴蠕胚您粗顆粒材料對土石流體流變特性之影響詹錢登1王志賢2摘要土石流體的流變特性與其泥砂顆粒的大小、級配、含量及礦物組成等因子有密切的關係。以往之研究大多侷限於細泥漿體或粗顆粒體的流變特性，而少有探討粗細顆粒同時存在時的流變特性。本文則以細泥漿體為基礎，加入不同大小及含量之粗顆粒材料，研究粗顆粒對流變特性的影響。實驗結(jié)果顯示：(1)土石流體之剪應力隨剪切率之增加而增加，在相同粒徑及剪切率下，粗顆粒含量較多者剪應

6、力較大；(2)土石流體流變特性在剪切率4~12s1之間時，可以賓漢模式加以描述；(3)在細泥漿體中分別加入，相同體積、相同材質(zhì)但不同粒徑之粗顆粒，均會增加漿體之屈服應力，但粒徑較小之粗顆粒所增加之屈服應力大於粒徑較大者。InfluencesofGravelsonDebrisFlowRheologyJanC.D.1J.S.Wang2AbstractRheologicalpropertyofadebrisflownotonlydepends

7、onsedimentconcentrationintheflowbutalsoonsedimentsizedistributionmineralcomposition.Previousstudiesondebrisflowrheologyfocusonfinesedimentwaterslurrieswithoutgravels.Thispaperexperimentallyinvestigatestheinfluencesofgrav

8、elsondebrisflowrheologybyaddinggravelsintomudslurries.Thepresentexperimentalstudyhasthefollowingresults.(1)Underthesamesedimentconcentrationofamudslurrythemudslurryaddedwithhigheramountofgravelshashighershearstresswhenth

9、eyareshearedwiththesamerate.(2)RheologicalpropertyoftheslurrygravelmixturescouldbedescribedbyaBinghammodelwhenthemixtureswereshearedattherates4121sinthepresentexperiments.(3)Fslurrygravelmixturesobtainedfromaslurrymixedw

10、iththesamevolumeofgravelsbutdifferentsizesthemixtureswithsmallersizegravelsresultshigheryieldstresswhenshearedatthesamerate.一、前言土石流是大量水分、豐富的鬆散土石，或其它固體物質(zhì)，如樹枝殘幹等所組成的混合流體，因此其組成成份相當複雜。這些不同的成分對土石流體內(nèi)部的力學作用，也有不同的影第十三屆海峽兩岸水利科技交流

11、研討會，2009年11月2324日，臺南市流體中的粗細顆粒分離，單獨量測細泥漿體或粗顆粒體之流變特性。O’BrienJulien(1988)採用一水平旋轉(zhuǎn)式流變計分析。四、結(jié)論本文在細泥漿體中分別加入不同含量及大小的粗顆粒球形材料，並加以充分攪拌後，形成含有各種不同粗顆粒含量之土石流體，以BrookfieldDVIII流變計分析其流變特性。實驗時採用兩種濃度同材質(zhì)高黏度之細泥漿體，其體積濃度分別為30%及33%。漿體中加入不同量之粗顆粒

12、後，所形成的土石流體其粗顆粒在土石流流體中所佔有之體積濃度範圍為0~20%。土石流體中固體物質(zhì)(即粗細顆粒)所佔有之體積濃度範圍為30%~47%，實驗時剪切率範圍控製在0~12s1之間，因為大部分土石流之剪切率範圍在10s1以內(nèi)，由實驗研究結(jié)果得到以下結(jié)論：(1)土石流體之剪應力大體上會隨著剪切率之增加而增加，但在剪切率小於4s1時，剪應力與剪切率之關係有些紊亂。當土石流體在剪切率為4~12s1之間時，剪應力隨剪切率之增加而穩(wěn)定增加，且

13、其流變特性可以賓漢模式來加以描述。賓漢模式中包含賓漢屈服應力及黏滯度兩個參數(shù)，除與粗顆粒體積濃度有關，也受粗顆粒粒徑之影響。(2)粗顆粒加入細泥漿體後，會提升賓漢屈服應力及黏滯度，當粗顆粒含量在vpC15%~20%之間時，賓漢屈服應隨增加而增vpC加的現(xiàn)象較為明顯，但賓漢黏滯係數(shù)的變化，則不若賓漢屈服應力來的顯著。(3)粗顆粒加入細泥漿體後，會增加賓漢黏滯度，但其增加量小於相同體積之細顆粒材料加入細泥漿體後賓漢黏滯度之增加量。因此評估含

14、有粗顆粒土石流體之黏滯度時，不宜直接引用細泥漿體分析所得之結(jié)果，否則黏滯度會有高估之現(xiàn)象。(4)相同體積但不同粒徑之粗顆粒材料加入細泥漿體後；賓漢屈服應力均會增加但粒徑較小者對賓漢屈服應力之增加量較大。其可能的原因為：粗顆粒在具有屈服應力、高黏滯性及剪切率12s1的漿體中時，其主要的運動方式為滑移與擠壓，屬於半持續(xù)性接觸，即其與細泥漿體間的主要作用力為摩擦力，而非碰撞力，是以相同的粗顆粒體積來看，粒徑較小的顆粒有較大的總體表面積，故其造

15、成土石流體中屈服應力的增加量較大。(5)本文實驗中，發(fā)現(xiàn)粗細顆粒混合的漿體在長時間且定轉(zhuǎn)速的量測下，會產(chǎn)生一種週期性的振盪現(xiàn)象，此現(xiàn)象並未在其它相關文獻中被提出，而由其週期、振幅、衰減幅度及方向等相關性質(zhì)來分析，目前尚未歸納出其發(fā)生條件及規(guī)律性，此一現(xiàn)象仍有待進一步的探討。參考文獻1.余昌益(1997)，「高含砂水流流變參數(shù)之實驗研究」，成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。2.孟河清譯(斯捷潘夫原著)(1982)，「泥石流與泥石流體的

16、基本特性及其量測方法」，科學技術文獻出版社，北京。3.費祥俊(1994)，「漿體與粒狀物料輸送水力學」，清華大學出版社，北京。4.詹錢登(1999)，「土石流及其防治對策」，教育部88土木防災教材05。5.DaiJ.etal.(1980)“Anexperimentalstudyofslurrytransptinpipes.”Proc.ofInternationalSymposiumonRiverSedimentationpp.19520

17、4.6.HanesD.M.D.L.Inman(1985)“Observationsofrapidlyflowinggranularfluidmaterials”J.ofFluidMechanicsVol.150pp.357380.7.JanC.D.H.W.Shen(1993)“AReviewofDebrisFlowAnalysis.”Proc.ofXXVCongressIAHRVol.3pp.2531.8.MitschkaP.(1982