Experimental analysis of the segregation of dry avalanches and implications for debris flows

摘要

The objectives of this contribution are to analyse and quantify the segregation process of dry granular avalanches, both parallel and perpendicular to the flow. Experiments were carried out using two dry granular mixtures, a steep chute of variable length and a collecting bin divided by transversal and longitudinal sectors, in which the flowing material falls down at the chute outlet. The free-falling of the flow in the segregator bin, the filling in time of the bin itself, the grain-size composition of the bin content with varying the distance from the chute outlet and axis are examined by image analysis and by sieving each bin cell. Segregation is very effective and rapid along flow direction whereas appears to be substantially negligible perpendicularly to the flow. The rapidity of flow segregation can be directly related to flow depth, whereas effects of mixture grain-size composition seems not appreciable. The longitudinal grain-size composition profile in time is reconstructed, showing coarser particles concentrated at the flow front and on the flow surface and fine fractions prevailing at the tail and at the bottom. Possible extension of these results to debris flows are discussed considering scale problems and comparing the results with other available experimental works and with field observations of natural events.%Les buts de cette étude sont l'analyse et la quantification de la ségrégation des avalanches granulaires sèches soit parallèlement soit perpendiculairement à la courante. Sont été effectués expériences avec deux mixtures granulaires sèches, un canal à fort inclinaison et longueur variable, un réservoir subdivisé en secteurs longitudinals et transversals dans le quel la courante tombe au bout du canal. La chute libre de la courante dans le réservoir, le remplissage du réservoir m╚簃e, la composition granulaire du matériel en le réservoir, variant la distance du bout du canal, sont examinée avec analyse des images et avec le tamiser de chaque secteur. La ségrégation est très puissant et rapide en direction de la courante, tandis que résulte négligeable perpendiculairement à la courante. La rapidité de la ségrégation se rapporte directement à la profondeur de la courante, tandis que les effets de la composition granulaire des mixtures ne sont pas appréciables. On reconstruit le profil longitudinal en temps de la composition granulaire de la courante, avec les particules grossières concentrées dans la partie frontale et sur la surface de la courante et les particules fines groupées dans la partie finale et au fond. On discute le possible extension de ces résultats à les laves torrentielles, considérant les problèmes d'échelle et comparant les résultats auprès d'autres analyses expérimentales et observations de champ des événements naturels.