侵蚀功能仪试样形状改进及允许粒径研究

作     者：王焱龙 辛俊龙 张鹏涛 薛江寒 陈辰 陈建康 

作者机构：四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 中电建电力检修工程有限公司 

出 版 物：《水利水运工程学报》 (Hydro-Science and Engineering)

年 卷 期：2025年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081503[工学-水工结构工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42277181) 四川省科技厅重点研发项目(2022YFS0539) 

主　　题：粗粒土 冲蚀试验 截面形状 最大允许粒径 

摘      要：近年来，极端天气和地质灾害导致堰塞坝和土石坝漫顶溃决频发，为探究漫顶过程中的水土相互作用机理，需对坝体土石料进行冲蚀试验。堰塞坝和土石坝级配宽泛，如何对粗粒土开展冲蚀试验，准确获取其冲蚀参数是目前的研究难点之一。对于固定管道截面尺寸的改进侵蚀功能仪，通过建立其三维管道模型并利用Ansys Fluent进行流体仿真模拟，研究选取合适的试样截面几何形状及最大允许粒径。采用2种试样截面形状（矩形和圆形）及4种试样推出高度，探究不同试样参数对冲蚀段水流流态的影响。结果表明随试样推出高度的增加，试样上方流体低流速区域扩大，流速分布不均匀化程度加剧，但相比矩形截面试样，圆形截面试样上方流体所受影响较小，可在更大的试样推出高度下满足改进EFA冲蚀设备的水流剪应力测量需求，从而提高其在固定管道截面尺寸下的试验最大允许粒径，满足粗粒料的冲蚀特性测量需求。