Теоретические и прикладные аспекты механизма волнового движения грязевых и грязекаменных селевых потоков

Доклад вед.науч.сотр. Ларионова Г.А.., вед.науч.сотр. Гендугова В.М., вед.науч.сотр. Перова В.Ф.

Волновое движение потоков привлекало внимание многих исследователей (Cornish, 1934; Keulegan, Paterson, 1940;Tomas, 1940; Ведерников, 1946, 1947; Капица, 1948; Dresslera, 1949; Арсенишвили, 1956, Ng, Mei, 1994), однако проблема до настоящего времени полностью не решена, в частности не найдены единые критерии, описывающие все многообразие волновых форм движения в потоках. Особенно много неясного в механизме волнового движения (катящихся волн в англоязычной терминологии) вязкой среды в руслах, к числу которых относятся грязевые и грязекаменные потоки.
Дреслер (1949) полагал, что из уравнения мелкой воды в сочетании с формулой Шези, не может быть найдено решение, которое объясняло бы возникновение волнового движения вязкой жидкости с прохождением волн с четкой периодичностью. Он пришел к заключению, что катящиеся волны могут существовать в том случае, если в какой либо связи на поток накладываются периодические возмущения. К аналогичному заключению пришли Нг и Мей (1994), рассматривая движение каолиновой суспензии в предположении, что распределение скорости по вертикали в потоке суспензии описывается показательной функцией.
Выполненный нами анализ свидетельствует, что из уравнения неразрывности и уравнения мелкой воды, дополненным членом, описывающим вклад вязкого трения, после ряда преобразований удается поучить выражение для глубины потока, в котором в знаменателе присутствует член, обращающийся в 0, что свидетельствует о возникновении в потоке скачка. Анализ условий, при которых возможен скачок, позволил определить область параметров, где обычный поток трансформируется в волновой.
Экспериментальные исследования, проводившиеся на гидравлических лотках длиной 10 и 20 м с вязкой жидкостью (0,05-0,15 стокса) в целом подтвердили теоретические выводы, раскрыли сущность механизма трансформации обычного стационарного потока в серию катящихся волн, между которыми русло лотка обсыхает практически полностью. Экспериментально показано, что движение жидкости возможно в интервале относительной шероховатости от 0,001 до 0,05, если расход потока равен или меньше предельной пропускной способности при волновом движении жидкости. Резкое снижение русла, придание ему ступенчатого профиля и др. не разрушают волнового движения потока. Однако искусственное увеличение шероховатости до 0,05 и более исключает возможность образования волн и разрушает ранее сформировавшиеся волны. 

Версия для печати