Scale‐Dependent Processes and Runout in Bidisperse Granular Flows: Insights From Laboratory Experiments and Implications for Rock/Debris Avalanches
01摘要
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在岩石雪崩和火山碎屑雪崩(岩石/碎屑雪崩)的粒径分布中观察到的双多样性被认为是导致它们长期耗尽的一个因素。这也得到了小尺度模拟实验研究的支持，小比例的细颗粒与粗颗粒混合会增强粒状雪崩的爆发。然而，导致这种现象的机制以及它们与岩石/碎屑雪崩的相似性尚未得到直接评估。本文采用二元混合颗粒雪崩实验来约束实验中双多样性增强颗粒雪崩崩出的过程和条件。结构-从-运动摄影测量用于测量质心位移和评估能量耗散。随后，本研究在实验室和现场评估了动态缩放和流动状态，以评估该跑出增强机制是否适用于岩石/碎屑雪崩。在小尺度实验中，颗粒质量在碰撞状态下传播，使动力学筛分和尺寸分离成为可能。细颗粒迁移到基板，在那里它们减少粗颗粒和基板之间的摩擦面积，并促进滚动。减少的能量耗散增加了动能转换和雪崩迁移率。然而，岩石/碎片雪崩不太可能获得纯粹的碰撞机制;相反，它们在摩擦状态下传播。对于在实验室尺度上观察到的过程至关重要的尺寸偏析是被摩擦状态所禁止的，正如岩石/岩屑雪崩沉积物的沉积学所证明的那样。双多样性作为一种跑偏增强机制的提议忽略了自然事件的尺度依赖性行为在小尺度实验中常常被忽略。A
02图表
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03结论
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通过模拟颗粒流实验，研究了双多样性对颗粒雪崩传播过程和动力学的影响。对研究结果的分析得出以下结论:
•双多样性有可能影响颗粒雪崩的能量耗散，并在考虑的实验条件下增加它们的跑出。结果表明，低ψ值(根据实验条件)在ψ = 0.05 ~ 0.15之间时，提高迁移率的效率最高。在较大的ψ值下，直到ψ = 0.80，迁移率仍然大于ψ = 0.00。
•跳动受质心位移和质量扩散的影响。
•双多样性的影响根据水平沉积面之前的斜坡倾角而改变。然而，它不受材料体积的影响。扩展也受水平沉积面前的坡度和坡折角的影响。随容量增加而增加的跳动是扩散增强的结果。
•由于双多样性而增加的流动性需要细颗粒被分离并位于底部。然而，在大型岩石/碎屑雪崩中没有观察到粒径偏析。对当前实验室尺度的实验和先前研究的动态尺度评估表明，尺度分离和因此而来的脉动增强过程是尺度依赖性的，并且不会在天然岩石/碎屑雪崩的尺度上发生。在实验室中启用的碰撞流状态并不能代表岩石/碎屑雪崩的摩擦状态。因此，双多样性不太可能通过提供更有效的基底剪切安排来增强岩石/碎屑雪崩的流动性。
•这项研究强调了动态尺度分析，这必须成为设计和解释模拟粒状雪崩实验的标准程序。
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