脉冲式液滴对非均匀沙坡面的溅蚀影响

通过模拟雨滴溅蚀试验,探究液滴定点脉冲式打击对非均匀沙的溅蚀影响。试验对4种中值粒径的非均匀沙(1,2,3,3.7 mm)在4种坡度(0°,15°,25°,35°)条件下,采用直径3.65 mm的脉冲式液滴进行试验,对比其溅蚀过程和溅蚀坑型得出结论:相同直径的液滴在同坡度同中值粒径的非均匀沙坡面进行试验,脉冲式液滴对其影响比单液滴更明显,液滴连续打击具有一定的“叠加效应”,下垫面坡度及中值粒径的变化对溅蚀过程及溅蚀坑型也有明显影响。液滴初始打击赋予颗粒不稳定性,随着液滴持续打击,中心颗粒被压实形成塌陷,周围颗粒在侧压力和液滴打击的冲量作用下向四周呈抛物线跃移,形成粗颗粒松散沉积物,进而粗化发展形成溅蚀坑。随着坡度增加坡面稳定性变差,溅蚀坑坑口直径变大、上壁变陡、下壁变缓,下坑唇处颗粒堆积量增加,更易失稳垮塌。同时中值粒径越大细砂受到的遮蔽作用越强,液滴的能量损失越大,用于破坏下垫面原始结构的能量越少,形成溅蚀坑越难。

单颗粒液滴飞溅对颗粒起动的影响

通过室内模拟降雨试验,探究单颗粒液滴飞溅对泥沙颗粒起动的影响。试验共设计4种地表坡度(0,15°,25°,35°)及4种粒径的均匀沙(0.098~0.104,0.104~0.5,0.5~0.78,1~1.4 mm),选取当量直径为4.5 mm的液滴进行模拟试验,同时利用高吸水树脂材料泡发后的水球作为对照组。结果表明,颗粒直径和坡度的变化对颗粒起动的影响较为显著,飞溅子液滴对液滴溅蚀具有重要意义。随着颗粒直径的增大,颗粒的起动逐渐由液滴冲击和子液滴飞溅裹挟共同作用转变为液滴冲击动能传递为主,飞溅携带为辅。当颗粒直径相同时,坡度的增大导致飞溅沙粒不再均衡,斜坡下方的颗粒飞溅量和位移随坡度的增大而增大。坡度越大,下方颗粒溅蚀深度与上方的差距也越大,导致上方颗粒失去支撑,整体失稳垮塌,发生微小滑坡。同种粒径时,树脂水球溅蚀坑的宽深比明显小于相同直径的液滴溅蚀坑,液滴溅蚀量远大于树脂水球直接撞击作用下起动的颗粒量,子液滴的拖曳对颗粒起动具有重要意义。