Der globale Klimawandel verschärft den Rückzug der Gletscher und das Auftauen des Perma frosts und führt zum häufigen Auftreten von Fels-Eis-Lawinen (RIAs). Frühere Studien haben gezeigt, dass der Eis gehalt die erosive Kapazität von RIAs signifikant beeinflusst, aber das Fehlen eines quantitativen Erosions mechanismus hat die Genauigkeit der Katastrophen vorhersage und der geo morphen Evolutions modelle behindert. Das Team von Professor Fan Xuanmei an der Chengdu University of Technology entwarf ein experimentelles System unter Verwendung einer temperatur gesteuerten erodierbaren Wasser rinne. Kombiniert mitHoch geschwindigkeit kameraMit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung analysierten sie quantitativ die Auswirkungen des Eis gehalts auf die erosive Kapazität und stellten eine experimentelle Grundlage für RIAs-Katastrophen vorhersage und glaziale geo morphe Evolutions modelle dar.
Es wurde eine temperatur gesteuerte (-10 ± 1 ° C) und einstellbare Länge mit einem einstellbaren Beschleunigung abschnitt (1-3 m) und einem Erosions bett abschnitt (0,88 m) entwickelt. Das experimentelle Material bestand aus einer Mischung von Eis-und Quarz partikeln mit einer Partikel größe von 4 bis 8mm und einem Eis gehalt von 0 bis 100%. Die Strömungs geschwindigkeit wurde durch Einstellen der Länge des Beschleunigung abschnitts gesteuert. Wassergehalte von 0%, 5% und 10% wurden eingeführt, um natürliche Bedingungen des partiellen Schmelzens zu simulieren. Ein synchron isiertes Beobachtungs system, bestehend aus drei Hoch geschwindigkeit kameras (Abbildung 1) wurde an verschiedenen Stellen innerhalb der Rinne entworfen und positioniert, um die Strömung und Erosion von RIAs zu erfassen.
Abbildung 1
Der ersteEnthüllerHoch geschwindigkeit kameraWurde stroma ufwärts der Grenzfläche zwischen den starren und erodier baren Bett oberflächen eingesetzt und erfasst die Relativ bewegung zwischen der Strömung und dem Substrat mit 5000 Bildern pro Sekunde. Kombiniert mit Partikel bild geschwindigkeit(PIV)Die Kamera quant ifi zierte die Substrat geschwindigkeit und die Substrats cher rate unmittelbar vor der Erosion und diente als wichtige Eingabe parameter für die Partikel trägheit spannung. Die zweite Hoch geschwindigkeit kamera wurde innerhalb der ersten 30 cm der Wechsel wirkung zwischen den starren und erodier baren Bett oberflächen eingesetzt und zeichnete den vorübergehen den Erosions prozess auf. der Material austausch zwischen Partikeln und der Bett oberfläche und die morpho logische Entwicklung des Erosions profils bei 1500 Bildern pro Sekunde. Der dritteHoch geschwindigkeit kameraBedeckte den gesamten erodierbaren Bett abschnitt und überwachte 18 Erosions säulen entlang der Seitenwände für die Berechnung der Erosions rate in Echtzeit. Abbildung 2 zeigt den Erosions prozess und die Strömungs dynamik, die von derHoch geschwindigkeit kameras. (A) Erosions profile zu unterschied lichen Zeiten für Tests L1-50 % (L = 1 Meter, φ i = 50%). b) Erosions profile für Tests mit unterschied lichem Eis gehalt bei L = 2 Meter und t = 1 Sekunde. (c) Erosions profile verschiedener L-Tests bei φ i = 30% und t = 1 Sekunde.
Abbildung 2
Basierend auf den Partikel bewegungs details im Mikrometer maßstab, die von derHoch geschwindigkeit kameraDie Experimente ergaben Folgendes:
4.1 Die Erosions rate wird nicht linear durch den Eisgehalt (0-100%) gesteuert. Insbesondere steigt und sinkt die Erosions rate zuerst mit zunehmendem φ ᵢ und erreicht einen Höchststand zwischen 40% und 60%.
4.2 Die Erosions rate wird durch die konkurrieren den Effekte der Strömungs geschwindigkeit und-dichte gesteuert. Eine Erhöhung des Eis gehalts erhöht die kinetische Energie des Flusses und fördert die Erosion, während eine Verringerung der Dichte die Aufprall kraft des Flusses schwächt und die Erosion hemmt. Diese Wettbewerbs beziehung zwischen Strömungs geschwindigkeit und Dichte führt zu einer nichtlinearen Änderung der Erosions rate mit zunehmendem Eis gehalt.
4.3 Der Erosions prozess auf gezeichnet von derHoch geschwindigkeit kameraZeigt, dass Wassergehalte von 5% und 10% eine modulierende Wirkung auf die Erosions rate haben. Der lokale Benetzung effekt von 5% hemmt die Erosion durch Verbesserung der Inter partikel adhäsion, während der Wassergehalt von 10% den Erosions mechanismus durch Ändern der Grenzflächen spannung zwischen der Strömung und dem Substrat verbessert.
Diese Studie kombiniert temperatur gesteuerte Gerinne xperi mente mitHoch geschwindigkeit kameraZeigt quantitativ die nichtlineare Kontrolle des Eis gehalts auf die Erosions rate von RIAs und erläutert die konkurrieren den Auswirkungen von Strömungs geschwindigkeit und-dichte.Hoch geschwindigkeit kameraErfasste die Entwicklung des Erosions profils und detaillierte Wechsel wirkungen zwischen dem Strömungs anstieg und dem Betts ub strat.Partikel bild geschwindigkeit (PIV)Wurde verwendet, um die Strömungs geschwindigkeit und Scher geschwindigkeit des Substrats zu quantifizieren und wichtige Eingabe parameter für die Berechnung der Kollision spannung bereit zustellen. Die beobachteten Partikel kollisionen korrelierten direkt mit Erosions raten daten und enthüllten den dominanten Erosions mechanismus.
Dieser Artikel ist dem Forschungs team von Professor Fan Xuanmei zu Dank verpflichtet. Detaillierte Forschungs ergebnisse finden Sie unter. Gesteins eis lawinen ablauf experimente enthüllen eine nichtlineare Erosions regel für Hügel, die vom Eis gehalt bestimmt wird.
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