土石流的屈服應力是反映土石流，特別是黏性土石流在流動過程中的內部應力特徵的重要參數。
基本介紹
- 中文名：土石流屈服應力
- 對象：土石流
- 特點：內部應力特徵
- 方法：τ=ρghsinθ
概念,影響因素,
概念
土石流的屈服應力是反映土石流，特別是黏性土石流在流動過程中的內部應力特徵的重要參數：
τ=ρghsinθ
式中：τ為土石流體屈服應力（Pa）；
ρ為土石流容重（kg·m－3）；
g為重力加速度（9.81m·s－2）；
h為土石流的最大堆積厚度（m）。
1.土石流的最大淤積厚度h物理意義：該土石流在所處位置的坡度下的有一個最大淤積厚度，土石流在淤積過程中，如果淤積厚度超過最大淤積厚度後土石流會再次運動，但淤積厚度也可以小於最大淤積厚度。儘管實際土石流的淤積厚度可能會小於最大淤積厚度，但用最大淤積厚度作為土石流的淤積厚度對於土石流的評估和防治會更安全。
2. 土石流體屈服應力τ物理意義：流體具有一定的粘性阻力，在受剪下力時，流體趨於運動狀態，當作用剪下力小於某一臨界粘性阻力時，流體不會發生運動；當作用剪下力大於某一臨界粘性阻力時，流體會發生運動；稱這一臨界粘性阻力為土石流體屈服應力。土石流體屈服應力大小可以代表土石流的粘性強弱,是描述土石流特徵的重要參數。土石流的屈服應力與土石流體的容重、粘粒特性和粘粒含量有關,而受土石流固體顆粒體積濃度的影響最大,且具有較好的指數相關性 。
對於粘性土石流，τ值計算結果一般在1000~10000Pa之間，而稀性土石流τ值一般較小。
影響因素
土石流體是由細顆粒、粗顆粒和水組成，所以土石流體的賓漢屈服應力的形成原因一部分來自於粘性顆粒的絮凝結構，另一部分則來源於泥沙顆粒間的摩擦阻力。土石流體屈服應力的影響因子很多，除固體顆粒成份和固體顆粒濃度外，還有顆粒大小，顆粒形狀。離子種類和濃度等等。
1.固體體積濃度的影響
土石流體中的細顆粒和砂石是土石流體的主要固體物質組成部分，而固體濃度直接影響著土石流體的容重。一方面當固體顆粒濃度增高時，粘粒之間形成聚團。顆粒與顆粒、顆粒與聚團之間形成網狀集合體，此時水被禁閉在顆粒的格線結構中，隨著固體濃度的進一步提高，聚團與聚團之間會組成聚團集合體，從而形成緊密的蜂窩狀結構。此時每一個凝膠的顆粒都有不清楚的界面，說明顆粒表面存在一個吸附層。另一方面，由於粗顆粒表面形成一層泥膜。固體顆粒之間的接觸，由於物理吸附、機械咬合、和化學鍵的作用，顯的更為密接。各種類型的土石流體屈服應力隨固體顆粒體積濃度的變化也各不相同，但呈正相變化。
2.粘粒的影響
土石流體中的粘土礦物，以蒙脫石、綠泥石、伊利石和高嶺土為主，由於他們本身的巨大比表面積、雙電層、親水性、高膨脹性、高分散性以及陽離子吸附的表面狀態和表面吸附現象等屬性，致使粘土和極性水分子有著極其複雜的物理化學變化。因此粘土礦物是賦予土石流體以結構體和較大的選復興而具有穩定性和極少沉澱的重要原因。
粘粒礦物的結構形態各異，因此對土石流體的性質形象也不盡相同。王裕宜認為蒙脫石屬2：1層矽酸鹽，在完全脫水時體積可以增大8-10倍；伊利石和蒙脫石結構相似，僅缺少一個鉛矽八面體，故膨脹性差於蒙脫石；綠泥石與伊利石和蒙脫石性質也相似。在充水時膨脹性介於伊利石和蒙脫石之間；高嶺土屬1：1矽酸鹽，晶格內缺少同型置換，水化性、吸附性和膨脹性都最弱。而吳積善認為不同的粘土礦物具有不同的內部結構和性質，當土石流的固體顆粒體積濃度和粘土百分含量相同時，蒙脫石形成的結構要比伊利土和高嶺土形成的結構要緊密，強度要大的多，而高嶺土形成的網路結構最稀疏，結構強度最小，綠泥石的性質介於伊利土和蒙脫石之間。
3.石塊的影響
土石流體中的石塊存在有兩種作用，一是石塊在流體中形成骨架結構，石塊彼此接觸鑲嵌，抗剪強度可為其相應土石流漿體的十餘倍；另一種是擾動效應，出於土石流流速場中的石塊，由於上下壓力差，石塊發生轉動、碰撞。因此粗顆粒的增加對土石流體屈服應力特徵值發生著重大的影響。
4.化學成份的影響
土石流體在特定的條件下，才具有一定的絮凝穩定性，是粘粒能保持獨立的分散狀態。在增大電解質濃度後，由於離子交換和壓縮作用，因此電動電位降低，水化膜變薄，使粘度增至極值。所以電動電位和薄膜層的厚度、離子濃度等有關，又由於高價陽離子置換低價陽離子，促進凝聚作用。
