使用Illgraben土石進行實驗建模

只考慮坡度為25％的實驗，並在AVAL-1D中進行建模，流動過程中的摩擦參數變化由式5.34 加以說明。

WSL Berichte, Heft 44, 2016

5.4 實驗的數值模擬

關於λ'= 0，式5.34說明雪崩動力學中所使用的Voellmy模型[7]，表5.9中提供參數μc、ξ和λ'的尺 寸概述。渠道被細分為鋼製的加速軌道和測量軌道，渠道底層由粗糙的鵝卵石所組成。表5.9 中的數值即用於Illgraben土石實驗，坡度為25％。關於其他的土石，如來自Trachtbach的土 石，ξ值即顯著更高（ξ= 106），λ值顯著更低（λ'= 0.01）。可使用Voellmy模型近似說明這種 具有相當黏性的土石，但Illgraben土石無法藉由此模型進行充份的說明（見圖5.28）。

表5.9：Illgraben土石實驗其AVAL-1D模型所使用摩擦參數的尺寸，坡度為25％。

渠道選擇 λ'=0的Voellmy模型也包括在圖中。

結果顯示使用Voellmy模型無法說明土石流動實驗，只測得一個乾摩擦和一個紊流摩擦分量。

這也證明式5.34最後一個分量 明顯影響流動過程，這些觀察結果顯示土石流過程中 的顯著能量損失為隨機能量所造成，此模型似乎充份再現沿渠道的速度和流動深度的變化情 形（見圖5.29）。

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5 物理模型

圖5.28：Illgraben土石實驗的速度變化，其坡度為25％，發射量為50公升，AVAL-1D中的模擬 值用於顆粒介質，以改進摩擦參數。圖例：Mittlere Geschwindigkeit = 平均速度； Versuch = 實 驗； Mittelwert der Versuche = 實驗平均值； Moddlierung = 建模； Nr =不。

此外，將模擬50公升實驗的沉積行為與實際渠道中的沉積行為進行比較（見圖5.30），可看到 土石流錐體具有良好的一致性，沉積區的範圍與 大致相同，沉積深度也是如此。

此外，在渠道中，錐體後面沉積的土石量非常少，在模型和Illgraben土石實驗中都是如此。在 坡度為25％的50公升實驗中，已經有1到3公升的土石堆沿著錐體後面的渠道沉積。這在≈10公 升的模擬實驗也出現些許此類的狀況，在這些情況下，柵欄後面的沉積行為出現相當良好的 模擬成果。

圖5.31即爲50公升的實驗為例子，顯示實驗編號63在每個雷射裝置測量點的流動深度變化，應 該注意的是，在加速軌道進行實驗後，無法立即正確顯示流動深度，模擬數值過低。但在實 驗中的第二個雷射裝置所測得的數值與模擬值完全一致，讓實驗值和模擬值具有一致性，由 於實驗和模擬具有一致的速度變動狀況，雷射裝置3和4在尖峰定時測量效果較好（見圖 5.28），但模擬中的流動深度在這些測量點得出的數值略低。

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5.4 實驗的數值模擬

圖5.29：使用Illgraben土石進行實驗的速度發展，坡度為25％，發射量為50公升，而AVAL-1D中的模 擬值用於顆粒介質以改進摩擦參數。圖例：Versuch =實驗； Rinne war nicht bewassert =滑道在實驗前 無噴發； Mittelwert Versuche = 實驗平均值； Modellierun： 已建模； Fliesshohe = 流動深度；Nr =不。

100公升實驗

100公升實驗中的速度變化，在各個實驗期間都比在50公升實驗的變化更為分散（見圖 5.32），實驗編號62是異常值，因為土石在發射筒中放置5分鐘，導致液固相物質分離。模擬 中的雷射裝置3和4，測得的速度值比實驗值稍低，相比之下，100公升實驗再次出現速度變慢 的狀況，根據式5.34，所使用摩擦參數模型無法用於表示此效應。

但流動深度的變化再次證明模擬和執行實驗間的良好一致性（見圖5.33）。

關於100公升實驗，不會顯示沉積數值，因為數值看起來與50公升的實驗非常相似。相較於50 公升的實驗，100公升的一小部份土石在模擬和實驗室實驗都溢出柵欄。但在實驗期間形成的 錐體除了在100公升的實驗中出現稍長的外週長度lcone外，變化狀況類似50公升的實驗結果。

實驗編號61沿渠道其流動深度的變化如圖5.34所示，證明模擬和實驗間具有良好的一致性。緊 接在加速軌道之後的流動深度在模擬中的數值太低，這可能是因為模擬中加速軌道具有不準 確的再現性所致。

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5 物理模型

Longitudinal profile of chute斜道的縱向剖面 Longitudinal profile of chute斜道的縱向剖面 Height above ground (mm)地面以上的高度（mm）

Cross section of chute斜道的橫截面

Height above ground (mm)地面以上的高度（mm）

圖5.30：與AVAL-1D（中間和底部）模擬值相比，Illgraben土石實驗，坡度25％發射量50公升（上 圖）實驗中的沉積特性。

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5.4 實驗的數值模擬

圖5.31：直接在雷射裝置上測量編號63的流動深度，土石量為50公升，坡度為25％，用於模擬AVAL-1D進行實驗。圖例：Versuch =實驗； Modell =模型； Fliesshohe =流動深度； Zeit =時間。

圖5.32：Illgraben土石實驗的速度變化狀況，坡度為25％，發射量為100公升，AVAL-1D中的模擬值用 作為顆粒介質的改進摩擦參數。圖例：Geschwindigkeit =速度； Mittelwert Versuche = 實驗平均值；

Versuch =實驗； Modellierung mit =建模。

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5.4 實驗的數值模擬

圖5.33：Illgraben實驗的流動深度變化狀況，傾斜坡度25％,發射量100公升，AVAL-1D的模擬值用作為 顆粒介質的改進摩擦參數。圖例：Fliesshohen = 流動深度； Versuch = 實驗； Mittelwert Versuche = 實 驗平均值； Modellierung mit = 建模； Nr。=沒有。

圖5.34：直接在鐳雷射裝置上進行流動深度變化的測量，實驗＃61的土石量為100公升，坡度25％，模 擬AVAL-1D實驗。圖例：Versuch =實驗； Modell =模型； Fliesshohe =流動深度； Zeit =時間。

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