Gravity‑Driven Monodisperse Avalanches: Inertialto Frictional‑Dominated Flow
01摘要
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针对每一个单一的粒径都有一组雪崩实验提出。针对不同的崩质量和粒径，在不同的水槽长度、倾斜度和粗糙度下进行了实验。在所有情况下，在粒径为1mm时，均可观察到从惯性行为向摩擦主导行为的转变。考虑到雪崩过程中每一步消耗的能量，我们推断出一个缩放函数，允许我们将所有实验数据折叠成一条曲线。从惯性状态到摩擦主导状态的转变可以解释为，随着粒径的减小，单位质量的粒子数量增加，外部剪切激活了越来越多的内部自由度，能量在其中被耗散。分子动力学数值模拟结果与雪崩粒子数越多(粒径越小)耗散功率越高的假设一致。
02图表
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03结论
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为了更好地理解自然地球物理流，我们利用天然火山碎屑研究了致密、干燥、单分散颗粒流的总流动。我们进行了系统、全面的测量，以发现总流量运行对雪崩材料的粒径、总流量质量(1、2、4 kg)和水槽的一般参数的依赖性:倾斜(27°、32°、37°和42°)、长度(2、1.5和1 m)和水槽基础材料(粗糙的油漆木材和光滑的福米卡)。
我们的研究表明，在含有平均直径大于1 mm的颗粒的单分散雪崩主要以惯性为主的模式移动的意义上，流动表现出一个稳健的转变，而仅含有小于1 mm的颗粒流则以碰撞和摩擦为主的模式移动。
我们将这种转变归因于大块材料的耗散能力，即直接作用于雪崩材料(噪声、热等)内部非平移自由度的瞬时功率，这只是因为雪崩材料的分割或碎片越细，系统中增加的自由度就越多。这些自由度作为引力注入能量的逃逸路线。我们假设，当与粒径成反比的耗散能率接近单位时间内由重力注入雪崩的能量时，运动由重力和惯性驱动转变为由内摩擦力(颗粒间摩擦和非弹性碰撞相互作用)强烈决定。
通过做雪崩过程的能量平衡，从开始到流的沉积，我们开发了一个缩放定律，允许我们将所有的实验结果坍塌成一条曲线。发现的尺度与流动的总质量无关，表明雪崩损失的能量只取决于粒子的大小。此外，无论在实验过程中对所有其他变量的变化情况如何，这种转换都是普遍存在的，表明了这一现象的稳健性。
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