Experiments on the flow behaviour of granular materials at high velocity in an open channel

Abstract

A series of laboratory flume experiments has been conducted to investigate the flow behaviour of dry sand at high velocities. The first incentive for this experimental programme was an attempt to explain the high mobility of apparently dry masses of rapidly moving broken rock during rock avalanches (stürzstroms). Test velocities of over 5 m/s and most other parameters of the tests were found to be dimensionally similar to those for a typical rock avalanche. Yet, the conclusion was negative: even the most rapid of the experiments indicated flow behaviour which is in conformity with the constant volume uniform Coulomb friction relationship as applicable to slow shearing. This conclusion was confirmed independently both by direct measurements of base friction and mean density of the flows and by detailed observations of flow uniformity, acceleration and velocity profiles. The surprising mobility of st&umlrzstroms therefore requires a different explanation. Une série de tests à canaux a été entreprise dans le laboratoire pour étudier l'écoulement du sable sec à de hautes vélocités. Le programme expérimental devait principalement expliquer la haute mobilité des masses apparemment séches des rochers brisés en mouvement rapide pendant les avalanches de rochers (Sturzstrüme). Des vélocités expérimentales de plus de 5 m/s et la plupart des autres paramètres des tests étaient pareils en dimensions à une avalanche de rochers typique. La conclusion a été pourtant négative: méme les expériences les plus rapides ont indiqué un écoulement qui est en conformité avec le rapport de frottement Coulomb uniforme à volume constant comme appliqué au cisaillement lent. Cette conclusion a été confirméeindependamment par des mesures du frottement profond et de la densité moyenne des écoulements autant que par des observations detaillées de l'uniformité de l'écoulement, de l'accélération et des profils de vélocité. La mobilité surprenante des avalanches de rochers (Sturzströme) exige par conséquent une explication différente.