Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Channelized debris flows surge downslope in mountainous regions and have large impact forces. Arrays of debris flow baffles are frequently positioned in front of rigid barriers to engage torrents and attenuate flow energy. They are regularly designed on empirical and prescriptive basis because their interaction mechanism is not well understood. Numerical back-analysis of flume experiments using the discrete element method (DEM) is conducted to provide insight on flow interaction with an array of baffles. Varying configurations of baffle height, a second staggered row, and spacing between successive rows are examined. Upstream and downstream kinematics are monitored to capture and compare the Froude number, kinetic energy, and discharge resulting from each baffle configuration. Results from this study reveal that the height of baffles can be categorized relative to the initial approach flow depth (h), namely tall baffles (1.5h) and short baffles (0.75h). Tall baffles are characterized by the development of upstream subcritical flow conditions, whereas short baffles exhibit supercritical upstream conditions. Furthermore, tall baffles facilitate the suppression of overflow, and short baffles lead to excessive overflow that is supercritical in nature. Less flow attenuation occurs as the distance increases both upstream and downstream from each array of baffles. A second staggered row of short staggered baffles is ineffective in reducing debris kinetic energy, whereas tall baffles should be positioned as close as possible.
Les écoulements de débris canalisés dévalent les pentes dans les régions montagneuses et ont des fortes forces d’impact. Des chicanes conçues pour les écoulements de débris sont fréquemment positionnées en avant de barrières rigides pour dévier les torrents et atténuer l’énergie d’écoulement. Elles sont généralement conçues sur des bases empiriques et prescriptives puisque leurs mécanismes d’interaction ne sont pas bien compris. La rétro-analyse numérique d’essais de canal a été réalisée à l’aide de la méthode des éléments discrets (MED) afin d’obtenir des informations sur l’interaction entre l’écoulement et les chicanes. Plusieurs configurations de hauteur de chicanes, une deuxième rangée, et l’espacement entre les rangées successives ont été examinés. Les cinétiques en amont et en aval sont suivies pour obtenir et comparer le nombre de Froude, l’énergie cinétique et la décharge résultant de chaque configuration de chicanes. Les résultats de cette étude ont révélé que la hauteur des chicanes peut être catégorisée selon la profondeur de l’approche initiale de l’écoulement (h), soit les chicanes hautes (1,5h) et les chicanes basses (0,75h). Les chicanes hautes sont caractérisées par le développement de conditions d’écoulement en aval sous-critiques, tandis que les chicanes basses présentent des conditions en aval supercritiques. De plus, les chicanes hautes facilitent la suppression de la surverse et les chicanes basses entraînent une surverse excessive qui est de nature supercritique. L’écoulement est moins atténué à mesure que la distance augmente autant en amont qu’en aval entre chaque séries de chicanes. Une deuxième rangée de chicanes basses n’est pas efficace pour réduire l’énergie cinétique des débris, alors que les chicanes hautes devraient être positionnées le plus près possible les unes des autres. [Traduit par la Rédaction]
Channelized debris flows surge downslope in mountainous regions and have large impact forces. Arrays of debris flow baffles are frequently positioned in front of rigid barriers to engage torrents and attenuate flow energy. They are regularly designed on empirical and prescriptive basis because their interaction mechanism is not well understood. Numerical back-analysis of flume experiments using the discrete element method (DEM) is conducted to provide insight on flow interaction with an array of baffles. Varying configurations of baffle height, a second staggered row, and spacing between successive rows are examined. Upstream and downstream kinematics are monitored to capture and compare the Froude number, kinetic energy, and discharge resulting from each baffle configuration. Results from this study reveal that the height of baffles can be categorized relative to the initial approach flow depth (h), namely tall baffles (1.5h) and short baffles (0.75h). Tall baffles are characterized by the development of upstream subcritical flow conditions, whereas short baffles exhibit supercritical upstream conditions. Furthermore, tall baffles facilitate the suppression of overflow, and short baffles lead to excessive overflow that is supercritical in nature. Less flow attenuation occurs as the distance increases both upstream and downstream from each array of baffles. A second staggered row of short staggered baffles is ineffective in reducing debris kinetic energy, whereas tall baffles should be positioned as close as possible.
Les écoulements de débris canalisés dévalent les pentes dans les régions montagneuses et ont des fortes forces d’impact. Des chicanes conçues pour les écoulements de débris sont fréquemment positionnées en avant de barrières rigides pour dévier les torrents et atténuer l’énergie d’écoulement. Elles sont généralement conçues sur des bases empiriques et prescriptives puisque leurs mécanismes d’interaction ne sont pas bien compris. La rétro-analyse numérique d’essais de canal a été réalisée à l’aide de la méthode des éléments discrets (MED) afin d’obtenir des informations sur l’interaction entre l’écoulement et les chicanes. Plusieurs configurations de hauteur de chicanes, une deuxième rangée, et l’espacement entre les rangées successives ont été examinés. Les cinétiques en amont et en aval sont suivies pour obtenir et comparer le nombre de Froude, l’énergie cinétique et la décharge résultant de chaque configuration de chicanes. Les résultats de cette étude ont révélé que la hauteur des chicanes peut être catégorisée selon la profondeur de l’approche initiale de l’écoulement (h), soit les chicanes hautes (1,5h) et les chicanes basses (0,75h). Les chicanes hautes sont caractérisées par le développement de conditions d’écoulement en aval sous-critiques, tandis que les chicanes basses présentent des conditions en aval supercritiques. De plus, les chicanes hautes facilitent la suppression de la surverse et les chicanes basses entraînent une surverse excessive qui est de nature supercritique. L’écoulement est moins atténué à mesure que la distance augmente autant en amont qu’en aval entre chaque séries de chicanes. Une deuxième rangée de chicanes basses n’est pas efficace pour réduire l’énergie cinétique des débris, alors que les chicanes hautes devraient être positionnées le plus près possible les unes des autres. [Traduit par la Rédaction]
Computational investigation of baffle configuration on impedance of channelized debris flow
2015
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
Discrete element method , méthode des éléments discrets , Investigations , baffles , Force and energy , Kinematics , Kinetics , Mountains , flume modeling , chicanes , discrete element method , écoulement de débris canalisé , modélisation de canal , mécanismes d’interaction , interaction mechanisms , Numerical analysis , channelized debris flow
Computational investigation of baffle configuration on impedance of channelized debris flow
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Canadian Subaerial Channelized Debris Flows: Past, Present, Future
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Warning Models for Landslide and Channelized Debris Flow under Climate Change Conditions in Taiwan
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