محاسبه فوق العاده از جریان زباله ها صعود دامنه های صعودی

ما یک روش جدید برای محاسبه فوق العاده جریان زباله ها هنگام مواجهه با موانع در روند جریان ارائه می دهیم. روش محاسبه ما مبتنی بر مدل بینگام برای تعیین جریان آوار است و اختلاف عمودی سرعت جریان زباله ها و پارامترهای مشخصه جریان زباله ها را بر اساس فرضی در نظر می گیرد. علاوه بر این ، ما یک آزمایش Flume داخلی را برای تأیید صحت و استدلال روش محاسبه خود انجام دادیم. نتایج تجربی نشان داد که روش ما قادر به محاسبه دقیق جریان جریان زباله ها با یک خطای متوسط مربع (16 ٪) است. علاوه بر این ، ما نمونه ای عمیق از نحوه استفاده از روش محاسبه ما را ارائه می دهیم. در نهایت ، ما به طور قطعی ثابت می کنیم که از روش محاسبه ما می توان برای محاسبه فوق العاده از جریان زباله های صعود در دامنه های صعودی استفاده کرد. سرانجام ، ما پارامترهای دقیق تری برای مهندسی حفاظت از جریان آوار ارائه می دهیم.

1. معرفی

جریان آوار هنگام مواجهه با موانع در روند جریان ، یا هنگامی که کانال ها به طور ناگهانی باریک می شوند ، باعث افزایش فوق العاده می شوند. این نتیجه انرژی جنبشی جریان زباله ها در فضای یک فوری واحد به انرژی بالقوه تبدیل می شود [1]. فوق العاده زیاد جریان زباله ها می تواند فاجعه بار باشد و باعث تلفات شود ، تا حدودی به این دلیل که مردم توجه کافی به خطرات ناشی از جریان زباله ها نمی کنند [2]. به عنوان مثال ، جریان زباله ها در خندق Qiongshan در حوضه رودخانه دادو فوقانی از شیب بیش از 15 متر صعود کرد و یک ساختمان را خرد کرد و در سال 2003 51 نفر را کشته است [3].

محاسبه دقیق حداکثر میزان فوق العاده جریان زباله ها برای طراحی پروژه های پیشگیری از جریان زباله بسیار مهم است [1 ، 4 ، 5]. به عنوان مثال ، هنگام طراحی سدهای زباله ، سازندگان باید در چگونگی تأثیر جریان زباله ها بر سد ، مانند بروز فوق العاده در دیوار بال ، تأثیر بگذارند. فوق العاده بر روی دیوار بال برای ثبات بدن سد نامطلوب است زیرا جریان آوار به طور بالقوه می تواند از دیواره بال دور شود و در طرفین سد بیرون بیاید و باعث خوردگی بین پشت سد و خندق های اطراف شود. بنابراین ، محاسبه دقیق حداکثر فوق العاده مهم است.

علاوه بر این ، محاسبات پارامتر طراحی برای کانال های زهکشی و خاکریزهای حفاظت نیز نیاز به محاسبه دقیق جریان جریان زباله ها از نظر جریان بقایای موانع موانع دارد. اگر محاسبه فوق العاده بسیار کم باشد ، جریان آوار می تواند پروژه های مهندسی حفاظت را دور بزند و به زمین های کشاورزی ، روستاها ، شهرها و جاده ها آسیب برساند.

مطالعات قبلی روشهای محاسبه ای را ارائه داده اند که از میانگین سرعت جریان زباله ها و قانون حفاظت از انرژی برای تعیین حداکثر میزان فوق العاده جریان زباله های صعود در دامنه های صعودی استفاده می کنند [1]. این نتایج فوق العاده به طور معمول برای محاسبه سرعت جریان زباله های آزمایش های در مقیاس بزرگ استفاده می شود [6-9]. Mancarella و Hungr [10] از یک مدل پویا بر اساس فرضیات جریان کم عمق برای مطالعه پیش بینی های جریان زباله برای زمین لغزش سریع و بهمن در برابر دیکهای محافظ و دیواره های عمود بر مسیر جریان آوار استفاده کردند. Choic و همکاران.[11] از آزمایش های Flume و روش عنصر گسسته (DEM) برای مطالعه تعامل بین جریان زباله ها و دچار حفره ها استفاده کرد ، نوعی از اقدامات متقابل ساختاری که در طول مسیر جریان قرار گرفته است ، که می تواند عمق جریان را تغییر داده و باعث ایجاد فوق شود. ایورسون و همکاران.[12] استدلال کرده اند که جریان جریان زباله ها تحت تأثیر هر دو شار حرکت صاف و پرش های شتاب ناگهانی است و ارتفاع به طور سیستماتیک با زاویه شیب ، اصطکاک پایه مؤثر و تعداد فروید جریان متفاوت است. برای موفقیت ، پیش بینی های اجرا باید ناپایدار بودن جریان های ورودی را به خود اختصاص دهد.

از یک طرف ، نتایج روشهای محاسبه فوق ناقص و نادرست بوده است. به عنوان مثال ، محاسبات بر اساس میانگین سرعت جریان زباله ها دارای خطاهای بزرگی بوده است ، این بدان معنی است که در روش های مهندسی پیشگیری و کنترل فعلی خطرات ضمنی وجود دارد. از طرف دیگر ، روشهای محاسبه جایگزین و بالقوه دقیق تر برای استفاده در مهندسی عملی بسیار پیچیده هستند. به همین ترتیب ، ما یک روش جدید برای محاسبه میزان فوق العاده جریان زباله ها در حال صعود از دامنه های صعودی پیشنهاد می کنیم. صحت و کاربرد روش ما با نتایج 9 آزمایش فلوم داخلی تأیید شد. ما با ارائه پارامترهای دقیق تر برای مهندسی حفاظت از جریان آوار نتیجه می گیریم.

2. معادله نظری بر اساس مدل بینگام

ما فرض می کنیم که جریان زباله ها بر روی یک مانع 2 بعدی (2D) است ، بر اساس مدل بینگام و بی تأثیر از پویایی اجرای این مانع.

با مقایسه تفاوت بین داده های اندازه گیری شده و داده های محاسبه شده [1]، دریافتیم که بیشتر محاسبات فوق ارتفاعی برای جریان زباله ها کوچک تر از مقدار اندازه گیری شده بود. دلایل اصلی این اتفاق به شرح زیر است:

) روش های محاسباتی قبلی با روش های انرژی استنباط شدند:

که در آن فوق ارتفاع جریان زباله است، تابع شیب است، سرعت متوسط جریان زباله است، و شتاب گرانشی است.

معادله (1) جریان زباله را به عنوان یک کل متحرک در نظر می گیرد که یک جریان زباله را به عنوان یک جرم نقطه ای بسیار ایده آل و بدون اصطکاک در نظر می گیرد و ارتفاع فوق العاده جریان زباله در حال صعود از شیب های صعودی را به عنوان ارتفاع مرکز ثقل جریان زباله محاسبه می کند (به طور کلی،

) در حالی که بالارفتن واقعی جریان واریزه که از شیب های صعودی بالا می رود، ارتفاع لبه عمق گل از سطح جریان زباله است.

(همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است).

شکل 1 یک طرح شماتیک از ارتفاع فوق العاده جریان زباله.

( ) سرعت جریان زباله در (1) سرعت متوسطی است که به طور یکنواخت در محدوده عمق گل توزیع نمی شود. در جریان های زباله رقیق شده، سرعت سطحی بزرگتر از سرعت متوسط است. در جریان های واریزه ای چسبناک، در جهت عمودی توزیع، یک پلاگ وجود دارد که در آن سرعت از میانگین سرعت جریان زباله بزرگ تر است [13-16].

بر اساس تجزیه و تحلیل فوق، ما یک واحد میکرو از سطح جریان زباله را به عنوان هدف تعادل انرژی انتخاب کردیم. ما از مدل بینگهام برای محاسبه ارتفاع بالای جریان زباله استفاده کردیم.

در مدل بینگهام، این قابل درک است که سرعت به طور یکنواخت به صورت عمودی توزیع نشده است. با این حال، یک بخش یکنواخت از سرعت وجود دارد که ما به آن "پریز" می گوییم."Plug" محدوده شکل 2 است. در زیر "plug"، سرعت جریان زباله به سرعت کاهش می یابد و سرعت پایین صفر است. نیروی برشی

در مدل بینگهام است

ضریب ویسکوزیته کجاست و تنش برشی حدی بینگهام است.