不同颗粒级配柱体堆积范围研究

碎屑流具有冲程远、危害范围大等特性,难以进行有效预测防范。颗粒级配被认为是影响碎屑流运动距离的重要因素之一。开展了一系列基于单面临空不同颗粒级配颗粒柱体崩塌运动的物理模型试验研究。结果表明:颗粒柱体崩塌后,颗粒运动斜向箱体外,水平板上的颗粒运动呈放射状,堆积平面形式为圆形态,颗粒静止轮廓可分别用抛物线、圆的方程拟合,效果较好;颗粒类型相同时,随着颗粒柱体高度的增加,崩塌后颗粒堆积成圆形态的圆心位置有沿着y轴向前移动趋势;颗粒柱体高度相同时,小颗粒的运动距离比大颗粒的运动距离远;颗粒粒径小时,松散堆积区范围小,颗粒的影响区域为密集堆积区范围;反之,颗粒的影响区域为密集堆积区范围+松散堆积区范围。试验研究成果对预测碎屑流堆积区范围具有一定的参考价值。     

碎裂化柱状危岩体崩塌-堆积特征概化模型研究

高密度颗粒流动现象与许多崩滑碎屑流类似,颗粒柱体崩塌试验一直是崩滑碎屑流动力研究的有效方法。基于野外柱状危岩体的成生及运动边界条件,在颗粒图像测速技术支持下,开展了一系列单面临空的颗粒柱体三维崩塌-堆积试验。结果表明:颗粒柱体的高宽比a值决定了其失稳模式和堆积形式,当a1.5时,柱体临空侧颗粒沿着库伦破坏角运动,但柱体底部一部分颗粒仍保持不动,当a≥1.5时,颗粒体发生下沉-剪切-推出破坏,随后发生复杂的崩塌流动-堆积过程;柱体内颗粒呈近似的二维运动,柱体外则呈类扇体的扩展堆积,且圆心在X轴上往前移动,颗粒的运动与堆积的相关参数均可采用a的多个幂指数函数来定量刻画。高柱体的崩塌堆积试验结果可为压溃式柱状危岩体的运动评估及防治提供较多启示。     

颗粒反序现象及对滑坡碎屑流冲击作用的影响

滑坡碎屑流的堆积形态、运动速度及冲击力影响着滑坡碎屑流的致灾程度。颗粒反序现象是滑坡碎屑流动力行为的典型特征,探究反序现象的成因机制、反序堆积过程中冲击力变化的主控因素是滑坡碎屑流防灾减灾工作的重要切入点。运用三维离散元素法,结合模型试验的结果,以控制粒径d_(60)为参数,探索了滑体颗粒运动过程中的反序分离对滑体的堆积形态、运动速度及冲击力的影响,并对滑坡碎屑流颗粒反序现象的成因机制进行了讨论。研究表明,滑坡碎屑流运动过程中的颗粒分选能大大增强滑体的流动性、平均速度峰值及最大冲击力,滑体最终形成反序堆积结构。对于单一粒径滑体模型,粒径为14 mm时滑体流动性最差,滑体平均速度峰值和冲击力峰值随着粒径的增大而增大;对于混合粒径滑体模型,滑体流动性、平均速度峰值和冲击力峰值随控制粒径d_(60)尺寸的增大而增大;颗粒反序现象的形成是由消散压力、振动筛分、大颗粒碰撞分离、小颗粒率先停积等因素共同作用的结果。     

基于DEM的碎屑流运动特性数值模拟

采用颗粒离散元法建立了碎屑流三维数值模型,分别从整体和局部对碎屑流运动特性进行深入分析。结果表明:碎屑流的运动过程可分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段;边坡底面平整时,堆积体中大颗粒堆积在表面,而细小颗粒位于中下部位;碎屑流运动速度和能量损失受颗粒间的接触碰撞影响大;碎屑流不同部位运动速度最大值相同,达到速度峰值的时间与颗粒的初始水平位置有关,与深度无关;堆积体分区明显,堆积体中的颗粒按初始水平位置依次排布;坡脚位置堆积深度最大,往两侧逐渐减小;碎屑流在运动初期和末期横向运动明显,扩大了灾害影响范围。     

颗粒级配对碎屑流运动速度影响的滑槽试验研究

滑坡-碎屑流是一种突发性地质灾害,具有速度大、破坏性强等特点。滑坡-碎屑流灾害发生时,不同粒径颗粒组成的碎屑流体运动速度差异较大。为了探究颗粒级配对碎屑流运动速度的影响,设置了单一粒径组、三粒径组以及全粒径组共14种不同级配的工况进行碎屑流滑槽实验,并引入分形维数D对颗粒级配进行量化,获得了最大运动速度与颗粒级配的关系。结果表明：在单一粒径工况下,随着粒径由小到大,碎屑流与底面的摩擦形式由滑动摩擦变为滚动摩擦,颗粒的摩擦耗能减小,碎屑流体运动速度增大;在混合粒径工况下,碎屑流在运动过程中会出现明显的分层现象,而初始级配决定了其中垫层的厚度与结构;伴随着分形维数D和细颗粒含量的减少,运动过程中的垫层厚度也同步减小,导致碎屑流的运动速度增大。     

白格滑坡-碎屑流堆积体颗粒识别与分析

受到滑坡-碎屑流灾害瞬时性及致灾性极强的影响,滑坡-碎屑流灾害往往极难直接观察研究。对其堆积体颗粒的研究是滑坡-碎屑流研究极好的切入点。为方便快捷的统计分析堆积体颗粒粒径分布,采用无人机航拍与图像识别技术相结合的方式获取堆积体粒径数据,并将PCAS软件运用于堆积体粒径识别,并提出"无人机航拍-PCAS图像识别"的粒径分析工作方法。以2018年11月3日发生的白格滑坡-碎屑流为研究案例,对滑坡-碎屑流堆积体粒度分布进行统计分析。结果显示:(1)PCAS软件能有效识别堆积体颗粒粒径;(2)堆积体中小粒径占了绝大多数,随滑坡-碎屑流运动距离增加,小粒径含量增加,且大粒径出现"双峰"现象;(3)白格滑坡斜坡堆积面密度与斜坡坡度之间存在一定关系,并推导建立了其关系的经验公式;(4)堆积体形态特征参数的变化能侧面反应滑坡-碎屑流的运动过程及运动特性。对白格滑坡-碎屑流堆积体颗粒的研究结果表明,PCAS软件应用于堆积体粒径统计分析是可靠的,能在滑坡-碎屑流研究领域发挥一定的作用。     

偏转角度和颗粒级配对碎屑流前缘运动的影响

为了研究碎屑流的运动物性,通过室内模型试验研究了不同偏转角度和颗粒级配对碎屑流运动参数的影响。研究结果表明:在偏转作用下,相同颗粒级配的碎屑流前缘速度的减小比例和能量的消耗随偏转角度的增大而增大;持速阶段的平均速度、运动距离及减速阶段的初始速度、运动距离均随偏转角度的增大呈抛物线变化特征;偏转角θ为20°时各运动参数指标最大;相同偏转角度下,岩土体的中值粒径越小,碎屑流的前缘物质受到的阻止效应越明显,持速阶段的平均速度、运动距离越小;减速阶段的运动距离与初始速度和底部摩擦效应有关。最后,提出了偏转作用下碎屑流的能量线模型。     

岩屑组成对高位滑坡-碎屑流运动特性影响离散元模拟研究

采用三维颗粒离散元模拟方法,对4种由不同粒径碎屑颗粒组成的岩屑滑坡运动过程进行全程数值模拟,研究了碎屑粒径组成对于岩石碎屑滑坡的运动特性影响。结果表明:碎屑颗粒粒径组成对岩石碎屑滑坡的运动总时间和达到速度最大值的时刻没有影响;物源碎屑粒径的组成对滑坡运动速度、破坏力和滑动距离影响大。粒径组成越不均匀,滑坡运动速度和破坏力越大,滑动距离也越远;碎屑流物源前缘部分是滑坡-碎屑流灾害影响范围大小的控制性因素。成果可为岩石碎屑滑坡灾害的预测和评估提供参考。     

汉源万工大型崩滑-碎屑流堆积特征研究及对综合治理方案的影响

本文以汉源万工大型崩滑-碎屑流灾害为例,结合致灾的基本地质条件对其成因进行了分析,对其堆积过程中表现出来的分区、分层堆积和多期次堆积特征进行了较深入的研究,认为沟域内独特的地质条件是类似灾害多发的原因,碎屑流灾害运动过程中块体(颗粒)间的碰撞作用、动力破碎作用和机械筛分作用对其堆积特征的形成有直接的影响。后期治理中,万工崩滑-碎屑流灾害独特的灾害特征对综合治理方案的选取产生了较大的影响,对同类灾害的成灾和治理方案研究具有较为重要的参考价值。     

颗粒级配对砂土剪切特性的影响及细观机理研究

为了探索砂土颗粒级配对其剪切特性的影响,以标准砂为基本材料,制备4种不同人工级配砂进行室内直接剪切试验;同时建立了和4种人工制备砂土相同级配的离散元数值试样进行数值剪切试验。直剪试验结果表明,颗粒级配对砂土内摩擦角影响比较明显,总体表现为内摩擦角随不均匀系数的增大而增大,随曲率系数的增大而减小。离散元数值模拟表明,砂土初始级配对孔隙率、颗粒配位数以及颗粒滑动率的影响都比较显著;砂土试样的破坏是与颗粒级配有关的渐进破坏过程;剪胀系数均随d_(10),d_(30)和d_(60)的增大而先减小后增大。     

白龙江甘家沟泥石流过坝堆积物力学性能分析

白龙江流域是我国泥石流危害最严重的地区之一,泥石流沟分布密度和泥石流发生频率居全国首位,尽管多次治理,但仍然造成了大量的人员伤亡和财产损失。以甘家沟为研究对象,通过野外实地调查,在分析防治工程现状的基础上,通过颗分试验、流变试验和直剪试验,对比分析了坝上游和坝下游泥石流堆积物的颗粒级配变化情况、浆体流变特性与抗剪强度等性能指标。结果显示:实体拦砂坝存在调节泥石流颗粒粒径作用,但调节效果不显著;拦砂坝的拦挡作用会改变泥石流的力学性能;粒径调节作用较显著的坝体,其坝下游堆积物浆体的剪切应力小于坝上游堆积物浆体的剪切应力,坝下游堆积物抗剪强度略大于坝上游堆积物抗剪强度;泥石流颗粒级配的差异是影响其流变特性与抗剪强度的重要原因。该研究结果对今后泥石流工程坝型选择与参数设计具有一定的参考意义。     

蝶子沟泥石流对九绵高速公路的危害分析

蝶子沟历史上曾多次发生泥石流,沟内发育大量滑坡、崩塌(滑)及沟道堆积物,而九绵高速恰由沟口穿过,且木座服务区设置于沟口堆积扇体上。因此,预测评价沟内泥石流爆发的危险性对九绵高速的防灾减灾具有重要意义。本文论述了蝶子沟泥石流的流域特征及形成条件,对蝶子沟泥石流进行危险度分析,并根据评价因子与危险范围指标的关联度建立了泥石流危险范围预测模型,进而对蝶子沟进行危险范围预测。结果表明,蝶子沟具有爆发大型泥石流的条件,危险级别为高度危险,泥石流堆积对九绵高速木座服务区构成严重威胁。     

不同填筑方法对水库弃渣场边坡稳定性影响

基于颗粒流离散元理论,以某水库弃渣场为例,利用颗粒流软件PFC^2D,设置3种不同颗粒粒径范围以及水平与竖向2种不同的分层填筑方式,分析其对弃渣场边坡稳定性的影响。结果表明,弃渣场土体颗粒的位移主要受颗粒粒径及分层填筑方式的影响,与颗粒数量关系不明显;竖向分层填筑方式比水平分层填筑土体颗粒产生的位移要小,对边坡稳定性更为有利。     

夹层对低渗透油层开发效果的影响

本文建立了一个由高渗透油层、具有一定垂向渗透能力的夹层和低渗透油层组成的三层地质模型。计算并分析了在不同开采方式下夹层垂向渗透率、井距、低渗层厚度对低渗层开发效果的影响。计算结果表明：存在某一个夹层垂向渗透率的界限值，对通过夹层的流体窜流量影响明显；在大于此值后，窜流量占低渗层储量、生产井产量及低渗层产量的比例不可忽视。在注采比较大时，窜流方向因开采方式的不同而异。在采取同样的注采方式下，一般低渗透层厚度越小，窜流量对低渗层的影响越大。低渗层含油饱和度随井距变化的改变量相对较大，存在一个经济的注采井距。