泥石流启动过程中水土作用机制的宏细观分析

 利用自制小比例模型槽,结合可控降雨强度的降雨模拟器,进行人工降雨诱发泥石流的室内模型试验,着重研究不同降雨强度对砂性泥石流启动下滑过程的影响。利用精密的基质吸力测量仪器(PF-Meter测量仪),对非饱和砂土基质吸力随含水量的变化关系进行研究。利用孔隙水压力量测技术,对降雨过程中孔隙水压力的变化进行测量。通过水土作用的力学变化规律对泥石流启动时的宏观影响因素进行分析。在宏观分析的基础上,利用CCD微观摄像技术,观测砂土内部砂颗粒的运动规律,运用GeoDip软件从细观的角度对泥石流堆积土体力学变化的成因进行探讨。分析结果表明砂土在雨水作用下,砂颗粒的运动是导致堆积土体内部力学变化的主要因素。     

蒋家沟流域暴雨滑坡泥石流共生关系试验研究

分析了蒋家沟流域内特殊环境下崩中有滑、滑中带崩的特殊形式的滑坡。通过大型人工降雨滑坡泥石流试验和小型模型试验，对试验现象进行观测和含水量监测，研究暴雨条件下发生的坡面侵蚀、崩滑现象和由此引发滑坡，滑坡土体转化成泥石流的全过程，揭示了蒋家沟流域特殊环境下的暴雨、滑坡、泥石流共生关系。试验证实，蒋家沟流域暴雨、滑坡、泥石流共生关系中含水量分布有一定范围。     

土体降雨滑坡中细颗粒运移及效应

针对土体中细颗粒迁移对滑坡泥石流启动的影响开展了实验,比较了不同纵横剖面的颗粒级配在不同位置及实验前后的结果。研究发现,沿土体深度方向均是细颗粒下移,中部聚集程度最高;沿坡面方向,在离土面相同距离的位置,后部细颗粒多,前部细颗粒少。可以初步认为,随着降雨入渗,细颗粒逐渐汇集到土体下部和土坡坡角,从而使相应位置的渗透性降低,孔压上升,孔隙水聚集于该处,形成滑动面,最后导致滑坡泥石流。     

土体降雨滑坡中细颗粒运移及效应

针对土体中细颗粒迁移对滑坡泥石流启动的影响开展了实验，比较了不同纵横剖面的颗粒级配在不同位置及实验前后的结果。研究发现，沿土体深度方向均是细颗粒下移，中部聚集程度最高；沿坡面方向，在离土面相同距离的位置，后部细颗粒多，前部细颗粒少。可以初步认为，随着降雨入渗，细颗粒逐渐汇集到土体下部和土坡坡角，从而使相应位置的渗透性降低，孔压上升，孔隙水聚集于该处，形成滑动面，最后导致滑坡泥石流。     

滑坡转化泥石流起动的人工降雨试验研究

滑坡转化泥石流起动的人工降雨试验研究是把握滑坡转化泥石流过程和机制的重要研究手段。选择泥石流典型流域——云南蒋家沟上游泥石流形成源地的弯房子和下游泥石流堆积地的大凹子沟口分别进行野外人工降雨原型试验。通过对全流域泥石流形成背景的考察来确定典型坡度、土体特征和植被条件等因素，从而选定试验地点。共实施了8场野外人工降雨下滑坡转化泥石流起动试验。采用国内外较为先进的试验设备和观测手段，实时监测了试验过程中土体特征参数的变化，包括土体水势、体积含水量、孔隙水压力和温度等，并录相观测试验过程中发生的现象。通过初步分析发现，泥石流宽级配砾石土具有以下特征：（1）在强降雨下，滑坡转化泥石流的起动机制是振动软化或液化；（2）土体破坏时可能处于饱和状态，也可能处于非饱和状态，试验结果并不支持饱和液化机制；（3）在泥石流源地试验时，部分试验的水势曲线在下降过程中表现出短时间的剧烈波动现象，表明土体破坏过程中存在土体强度的降低和恢复的交替过程：（4）土体破坏过程中存在能量交换；（5）在强降雨下，滑坡启动与泥石流形成是一个连续过程，土体破坏过程中表现出了泥石流的特征。     

降雨对滑坡形态影响的宏细观分析

进行人工降雨诱发边坡滑坡的模型试验,着重研究不同降雨强度对滑坡形态的影响。基于不同降雨强度下边坡发生滑坡的破坏过程,利用高速动态数据采集仪和孔隙水压力传感器进行孔压量测;利用土体水分传感器监测降雨过程中坡体内部含水率的变化情况,研究含水率和饱和度对滑坡形态的影响;并结合细观组构变化进行水土作用机理分析。研究结果表明:不同降雨强度下坡体发生滑坡的宏观破坏形态、孔压变化规律不同;随着降雨强度的增加,坡体滑坡形态从牵引式向推移式转化;牵引式滑坡形成机理为坡脚发生渗透破坏,坡体失去坡脚支撑作用而分层下滑;推移式滑坡形成机理为坡体上部雨水聚集导致孔压上升、土体强度降低,当下滑力大于抗剪强度时,上部土体挤压下部土体,突然整体滑动。本文研究有助于工程中对降雨诱发滑坡的预防和治理。     

降雨诱发不同类型土质滑坡研究综述

不同土体类型,降雨诱发土质滑坡成因机理、变形破坏特征、启动条件等存在明显区别。若降雨型滑坡研究未按滑坡土体类型进行区分,不利于深入认识降雨型滑坡,故开展降雨诱发不同类型土质滑坡研究具有重要意义。对填土、黄土、碎石土、膨胀土及其他特殊土等土质边坡在降雨作用下的滑坡机理、破坏模式及预警判据进行了详细的综述,讨论了目前存在的主要问题,并对今后的研究方向作了展望。指出降雨作用下不同类型土质滑坡特征、降雨诱发特殊土滑坡变形破坏过程及降雨诱发不同土质滑坡预警判据等方面尚有待深入研究。相关成果对降雨型滑坡的研究与防治具有参考价值。     

泥石流堆积体边坡失稳机理的试验与稳定性分析

泥石流堆积体边坡失稳现象由于其组成物质、形成年代和堆积部位等方面的特点,与其他岩土边坡失稳有不同的表现。根据泥石流堆积体的形态特点与沉积特征,利用条块侧向推力正弦变化的Spencert条分法进行泥石流边坡稳定性的分析,对山地工程减灾分析有意义。利用Spreadsheet自嵌Visual Basic Application编译器编写了描述沿深度变化土体物理参数的稳定性分析程式。程序从确定性分析开始计算边坡稳定性系数,并利用Spreadsheet的约束优化功能寻找可能的圆弧滑动面,在此基础上计算最可能的非圆弧滑面,最后与实际观测滑面稳定性分析进行对比现场试验人工降雨造成超渗产流,实时测得的数据表明,在距表层土体50 cm以下含水量变化很小,边坡并没有产生明显的后缘张裂隙,在集中降雨导致超渗产流的情况下,泥石流堆积体边坡失稳主要是表层50 cm深度以内土体含水量变幅大的土层中发生,而在50 cm以下深度范围内土体基本保持稳定。程序分析表明,随着给定的滑动土层厚度的增加,安全系数逐步降低,只有平均土层深度为2.4 m才有完全满足约束条件的最优非圆弧滑面。研究结果表明,条分法已经不能适用于强降雨条件下泥石流堆积体边坡失稳机理的研究。     

降雨强度对松散堆积土斜坡破坏的模型试验研究

通过在室内构建泥石流源区松散堆积土体斜坡模型,采用三种不同降雨强度对其稳定性进行研究。得出了不同降雨强度下斜坡土体流失规律与斜坡的失稳方式。结果表明：在低雨强（26mm/h）作用下,松散斜坡的土体流失量最少,并以坡面侵蚀为主;在中、高雨强（51mm/h,68mm/h）作用下,首先表现为坡面侵蚀和沟道侵蚀,进而是大规模土体流滑破坏,在土体累积流失量与时间曲线上有突变点;在高雨强作用下,形成了阵性泥石流。     

基于ANSYS模拟不同岩层的斜坡稳定性分析研究

地球由不同的岩层叠加而成,为了研究不同岩层的稳定性,需对不同岩层倾斜坡面进行稳定性研究。文章利用大型有限元ANSYS进行模拟,分析倾斜坡面的倾斜程度与土体重度对边坡稳定性的影响。研究结果表明:土体重度受到含水量的影响,倾斜坡面程度对边坡稳定性的影响大于土体重度对边坡稳定性的影响。数值模拟研究结论可以为以后边坡稳定的加固与防护提供参考依据,另外,在雨水来临之前提前做好防护,可以减小泥石流的危害。     

西藏林芝地区冰川降雨型泥石流起动实验初步研究

 近年来,由于全球气温升高,导致西藏地区泥石流暴发频率增加,其中包括冰川降雨型泥石流灾害。以西藏林芝地区的冰川降雨型泥石流为研究对象,首次通过观测冰川降雨型泥石流起动过程中水位、孔隙水压力等变化特征,得到水位、孔隙水压力与堆积坡度、堆积厚度的关系以及沟道物质起动特征,根据水位、空隙水压力的时间变化特征,得到不同试验条件下水位与孔隙水压力的相互关系。通过相似物理实验,分析实验过程中流量、流深、流速等参数与泥石流堆积坡度、堆积厚度的关系,并将冰川降雨型泥石流起动分为前期饱和阶段、起动阶段、堆积阶段。由相似比得到研究区典型冰川泥石流起动的流深、流速等野外观测结果与实验结果与一致,为研究区冰川降雨型泥石流的研究提供参考。     

不同颗粒组分下泥石流离心机模型试验研究

采用自主研发的离心机可视化试验装置,在坡度和降雨强度不变的条件下,进行降雨诱发泥石流离心机模型试验,研究不同颗粒组分对泥石流形成形态的影响。通过配置五组不同细颗粒含量的土样进行20g加速度下的离心机试验,分析宏观位移场、水分迁移、孔隙水压力等,研究不同颗粒组分下泥石流的形成机理。研究结果表明:随着细颗粒含量由10%增大至70%,泥石流破坏形态由分层滑动型破坏向整体流滑型破坏转变;不同颗粒组分下渗透系数的不同,是泥石流不同破坏形态的主要原因。     

降雨特性对土质边坡失稳的影响

 通过降雨诱发土质边坡失稳的模型试验及已有研究成果来探讨降雨特性对边坡失稳的影响,并以此来选取出合适的雨量预警参数。研究结果表明：高强度降雨较易使边坡产生流滑破坏且冲蚀现象较为明显;而低雨强长历时的降雨较易使边坡深层土体的孔隙水压力增加,因此较易产生滑动型破坏且滑坡体的规模也较大;此外,降雨型滑坡存在“门槛累积雨量”。该研究成果揭示了降雨入渗对边坡稳定性的作用机制,并以此建议采用降雨强度与累积雨量作为雨量预警基准所需的参数,其中降雨强度参数可用时雨量表示,时雨量可用以衡量流滑型滑坡和泥石流灾害,而累积雨量则有助于评估滑动型滑坡的灾害。     

降雨条件下非饱和土中污染物迁移的数值模拟

利用溶质传递方程与非饱和土非稳态渗流方程联立耦合,建立了非饱和土污染物迁移模型.采用有限元数值分析的方法,模拟了土体非饱和带中污染物在降雨条件下的迁移过程,研究了无降雨、连续降雨和间断降雨条件下土体非饱和带中孔隙水压力和含水量变化以及污染物的迁移规律.研究结果表明,非饱和带污染物浓度随着时间增加逐渐增大,达到峰值后逐渐...     

非饱和砂土坡面降雨非正交入渗试验与数值模拟研究

传统降雨入渗分析仅以降雨强度在坡面上的正交分量作为边界条件,不符合实际降雨非正交入渗规律。为了研究非饱和砂土的非正交入渗规律性,采用自行研制的室内降雨试验装置对非饱和砂土坡面进行了一系列不同降雨强度、坡角和孔隙比的降雨入渗试验,并对应地进行了正交入渗条件下的数值模拟。测量了入渗率、出渗速率及砂土储水增量随时间变化的关系曲线,分析了雨强、坡角和孔隙比对试验结果的影响。试验结果显示各试验中均无坡面径流现象,与正交入渗边界理论差异显著。通过分析非饱和砂土在传统坡面降雨正交入渗边界条件下的入渗率、出渗速率及砂土储水增量等数值模拟结果与对应的降雨入渗试验结果的差异,证明按正交入渗边界理论计算得到的砂土坡面土体含水率、入渗能力及坡面边界条件转化的判别机制均与实际情况不符。     

地震作用下泥石流源区砾石土体强度的衰减实验

泥石流源区广泛分布着砾石土，从野外观察分析和理论计算可知，泥石流源区产流是由于土体强度降低的结果。经已往研究发现，地震作用产生的振动经常导致泥石流的发生，世界上许多地震活动带，同时也是泥石流活动带，这种分布的关联性使我们有理由推断地震的作用会使泥石流源区的砾石土体强度降低，导致土源大量激发，促进泥石流的暴发。基于这样的分析，利用土动三轴剪力仪，取泥石流源区的砾石土作为实验对象，以砾石土的含水量，土体的深度(围压)，土体的破坏标准和地震的震级(振动周次)为变量，取土体的粘聚力c、有效粘聚力c’、土体的摩擦角φ和有效摩擦角φ’作为土体强度衡量的指标进行实验。实验结果表明在地震作用下，土体的c值和c’值，随含水量的增加先是增加而后降低，其最大值时饱和度达84％左右。随着振动强度的增加，土体的粘聚力c、有效粘聚力c’逐渐减小，高含水土体的c’值在足够的振动强度条件下可以降为0。随着含水量的增加，φ和φ’值逐渐降低，但φ’值仅当饱和土体在强烈振动作用下会降低到0。一般地，土体的内摩擦角φ,总是随着振动周次的增加而减低，但减低的幅度较小：而有效内摩擦角φ’值的变化相对较复杂，在低地震强度(振动周次20周以下)的作用下，其值随着振动周次(震级)的增加有较小的降低。而在振动周次达到20周以上时，含水量与地震作用对φ’变化的联合影响作用显著，对于低饱和度的土体，当振动周次大于20周以后φ’值逐渐升高。但对于饱和土体，当振动周次达到一定的数值(50周)以后土体的φ’值迅速降低，直至为0。对于接近饱和的土体(本实验的饱和度为92％)，其φ’值随振动周次的升高变化不稳定，是受破坏标准等因素的影响或升高或降低。     

泥石流固相在浆体中沉降规律研究

基于大量试验观察及数据分析研究，揭示了泥石流固相在浆体中的沉降规律。研究影响固相在泥石流浆体中沉降的三个主要因素，分析了各个因素影响泥石流固相沉降的根本原因。泥石流固相在浆体中沉降过程中可分为三个阶段，首先为初。始阶段，继而为快速沉降阶段，最后呈减速沉积阶段，并对各个阶段的沉降过程作了详细的分析。其中浆体粘度、固相质量和附加孔隙压力对固相在泥石流浆体中的沉降规律存在着至关重要的影响。