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。     

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。     

H-M黏结接触模型在某大型岩质滑坡预测中的应用

为了探究大型岩质滑坡在运动过程中的各项特性,提出采用Hertz-Mindlin黏结接触模型模拟岩石颗粒间的相互作用,并将其用于预测某大型岩质滑坡的滑动过程,结果表明:根据滑坡运动速度分布规律,可将岩质滑坡运动过程划分为坡体失稳、加速滑动和减速堆积3个阶段;在边坡失稳阶段,滑坡体整体运动速度小,局部岩体发生坍塌掉落,这是发生大规模滑坡的前兆,应引起重视;滑坡体前部和中部运动速度大,最终堆积到河谷内,而后部坡体滑动受阻,大部分岩体堆积在上部峡谷内部,是发生二次滑坡和泥石流的物源;随着滑坡的运动,岩体结构破坏逐渐增加,岩体贯穿性裂缝出现在失稳阶段。根据滑坡的堆积特征,发现小岩块位于上游,大岩块位于下游,滑坡体往下游运动的距离更远,说明滑坡对下游影响更大。根据以上计算成果,认为将Hertz-Mindlin黏结接触模型用于岩质滑坡的模拟预测是合理的。     

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。     

滑坡碎屑流运动特征的模型试验研究

运动距离、速度变化及堆积体厚度是滑坡致灾区域和致灾强度的主要评价指标,其复杂的运动机制使灾害预防十分困难。通过开展室内滑坡模型试验,研究了岩土体类型、斜坡坡度和滑体体积对其运动特征的影响。试验结果表明:滑坡碎屑流的运动距离受控于岩土体类型,且随着碎屑粒径的增大而增大。且随着斜坡坡度的增大,滑坡由分级启动向整体启动转变,撞击坡脚引起的持速特征,是造成同等规模下滑坡运动距离和堆积厚度差异的原因。同时,滑坡规模越大,其运动距离越远,符合滑坡的规模效应。     

滑坡-碎屑流冲切铲刮效应的颗粒离散元模拟

滑坡-碎屑流运动沿程冲切铲刮作用对滑坡运动性态(如速度、体积、物质组成等)具有重要影响,如何更好的进行模拟是滑坡动力过程分析的重要技术难题。在室内滑坡-碎屑流物理模型试验的基础上,采用三维颗粒流程序(PFC3D)对滑坡-碎屑流运动过程中对松散基底物质的冲切铲刮效应进行数值模拟,重点分析滑坡方量和滑落高度、基底厚度和强度以及地形坡度等因素的影响。结果表明:随着滑坡方量与滑落高度的增大,铲刮能量增加、铲刮作用时间延长,从而增强了铲刮效应;基底厚度的减小与地形坡度的增加均会引起基底物质稳定性降低,从而在同等条件下更易于被冲切铲刮;颗粒离散元方法是滑坡运动模拟分析的一种有效手段,模拟结果对于更好的理解滑坡运动冲切铲刮效应具有重要意义。     

基于Linear Cohesion模型的含水堆积体滑坡过程数值模拟

水通常是堆积体滑坡发生的触发因素,采用数值方法模拟堆积体滑坡时加入水的液桥力有助于提高计算结果的合理性。为了研究含水堆积体滑坡过程的各项运动特性,提出采用Linear Cohesion接触模型模拟含水湿润状态下松散堆积体滑坡的运动过程,利用离散元程序EDEM 2017建立了含水堆积体滑坡水槽数值模型,计算堆积体从失稳-滑动-堆积整个运动过程。结果表明:能量密度k是Linear Cohesion模型模拟含水堆积体滑坡的关键参数;当k<5000 J/m^3时,随着能量密度值逐渐增大,堆积体滑动过程的流动性越来越小,最大平均速度值和最大动能越大,当k≥5000 J/m^3时,含水堆积体的各项滑动特征变化不明显;较小能量密度的湿颗粒堆积体在滑动过程中结构体易发生破坏,形成的颗粒群流动性更强,滑动距离更远,扩大了滑坡灾害的影响范围。相关研究成果对今后类似的含水堆积体滑坡灾害的预测和评估有一定参考价值。     

贵州印江岩口滑坡过程的数值模拟分析

在对贵州印江岩口滑坡工程地质背景资料和地质条件进行详细研究的基础上,利用离散元方法建立了滑坡的计算模型,对滑坡滑动的整个过程进行了仿真模拟,着重分析了滑坡后部点、中部点和前部点滑动位移与速度的变化规律以及滑坡的堆积形态,并与实测数据进行了对比。计算结果表明,根据位移和速度的变化,可把整个滑动过程分为4个阶段:即启动加速阶段、高速运动阶段、碰撞减速阶段和缓动夯实阶段;较准确的模拟了滑坡体的灾害影响范围和堆积规模;通过对滑体不同点位移和速度的分析,进一步明确了滑坡为牵引式滑坡和不同点在速度、位移和加速度上的变化规律。研究表明,对滑坡滑动过程的数值模拟可以进一步认清滑坡滑动和转化的本质,这将为合理治理滑坡、估算滑坡体对其下方建筑物的破坏范围和冲击破坏力以及灾害的合理评价提供基本依据。     

阿尼玛卿山冰崩链生灾害基本特征分析

近年来,冰崩链生灾害造成人员伤亡和财产损失的事件频现,成为影响高寒山区经济发展和社会稳定的重要因素之一。在收集以往监测资料和现场调查的基础上,深入分析了阿尼玛卿山冰崩链生灾害的形成过程和基本特征,结果表明:该冰崩链生灾害具有空间和时间双重灾害链属性,同一区域先后发生了3次冰崩链生灾害,3次灾害链之间存在一定链生关系;冰崩链生灾害包括冰崩、碎屑流、堰塞湖和溃决洪水,冰崩转化为碎屑流后具有高速、远程的特点,运动距离长达5.5 km;冰崩碎屑流在空间上可分为冰崩源区、刨蚀流通区和碎屑流主堆积区,并具有明显的流态特征;碎屑流堆积物多次堵塞青龙沟形成堰塞湖,溃决洪水波及下游地区;堰塞坝体由冰块、岩石碎屑和富冰冻土块体构成,结构松散、强度低、抗冲刷能力差,堰塞湖保存时间主要取决于入湖水流量、气温、堰塞坝规模特别是其顺河长度和高度等条件。     

非均质泥石流形成过程动力学特征

非均质泥石流是产生于山坡与沟谷中的一种典型固液两相流,具有颗粒级配宽、容重大、流动阻力与流速分布的不均匀性等特征,致灾影响深远。本文通过在云南省蒋家沟泥石流观测研究站实施48组泥石流形成动力过程模拟试验,首先分析非均质泥石流起动方式,将模拟泥石流起动划分为常遇型、溃坝型及滑坡型三种类型,并进一步将泥石流形成过程划分为固体颗粒起动、固体颗粒加速混掺及固液两相流形成的三个不同阶段;基于孔隙水压力及水力因子等测定数据,分析揭示了泥石流形成的三阶段的动力学特征,表明三类泥石流形成后流速较大,均呈急流状态,而且水流强度以溃坝型泥石流为最大,常遇型泥石流次之,滑坡型泥石流最小。本项研究成果对丰富泥石流学科内容以及提高泥石流灾害预测水平具有重要意义。     

基于地震波解译的 2000 年易贡滑坡 － 碎屑流动力学过程分析

为更好地研究 2000 年易贡滑坡碎屑流动力学过程,开展该次滑坡碎屑流地震波解译工作,以该次滑坡碎屑流的地震波和遥感影像为基础,通过快速傅里叶变化和人工识别等手段,解译得出该次滑坡碎屑流地震波信号参数、动力学过程及其特征参数。研究结果表明: (1)该滑坡 － 碎屑流的傅里叶主频率和主功率为 2. 0 Hz,最大峰值加速度为 0. 45g,最大地震动速度为 0. 786 m /s,最大地震动振幅 64 cm。(2)该滑坡 － 碎屑流的动力学过程分为崩滑区裂隙贯通崩滑过程,滑坡转化为碎屑流过程和碎屑流运动堆积过程。崩滑区裂隙贯通崩滑过程中地震波振幅逐渐增大,频率逐渐升高。受强降雨和沟道源头圈闭地形的影响,滑坡转化为碎屑流过程中振幅达到最高值,频率有所减小。受沟道弯曲程度的影响,碎屑流运动堆积过程中振幅呈现波状变化趋势,频率呈逐渐减小的趋势。(3)该滑坡碎屑流的流速过程呈现出一个总体上凸、但存在激烈振动的过程。滑坡 － 碎屑流平均速度为 30. 12m /s,滑坡 － 碎屑流在起点 O － A 段的平均速度为 89. 89 m /s,在 A － B 段平均速度最大,为 120. 98m /s,在出山口 E 点的平均速度为 48. 7 m /s。研究成果为进一步研究巨型滑坡 － 碎屑流动力学过程和运动机理提供参考。     

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。     

偏转型滑坡滑动与堆积影响因素研究

高速远程滑坡不仅具有运动机理复杂、危害大、发生突然等特点,而且滑坡在运动中经历了斜坡加速、坡脚碰撞、偏转持速效应、减速堆积的过程。通过室内滑坡模型试验,研究了岩土体类型、偏转角和下垫面对高速远程滑坡运动特征的影响。试验结果表明:滑坡体的运动距离受控于岩土体类型,随着偏转角的增大,滑坡运动距离减小,最大堆积厚度增加,同时偏转角对滑坡体有明显的颗粒筛分现象。下垫面摩擦类型对滑坡运动参数具有明显的作用,影响滑坡体最终的堆积形态。试验结果为深入研究滑坡运动速度、运动距离及堆积形态提供了重要的参考依据。     

汶川震区泥石流流域内滑坡物源量计算方法探讨

汶川地震后,震区山体破碎严重,滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频发,而泥石流流域内滑坡物源量直接影响泥石流暴发规模。笔者经过野外实际调查,以研究区的35条泥石流沟的147组滑坡体积、平均厚度、面积数据为样本进行分析,利用Matlab软件对泥石流流域内滑坡体积和面积、平均厚度和面积、平均厚度和体积分别进行单因子回归分析,发现泥石流流域内滑坡体积和面积之间具有明显的幂函数的相关关系,而滑坡平均厚度和面积、平均厚度和体积之间具有明显的对数函数的相关关系,从而建立泥石流流域内滑坡物源量的计算模型。该模型为汶川震区泥石流流域内滑坡物源量的快速计算提供科学有效的方程,并且为该区域泥石流的危险性评价在滑坡物源因素上提供计算方法。     

某水库高位散体滑坡下滑速度分析

水库滑坡涌浪是水库运行中面临的重要的灾害类型,对涌浪灾害的预测需先进行滑坡体的下滑速度分析。以某水库高位散体滑坡体为例,分别利用传统经验公式法和离散单元法(DEM)对滑坡体下滑速度进行了分析计算。结果表明,传统方法计算散体滑坡下滑速度具有局限性,DEM法计算得到不同时刻滑坡体变形破坏过程及DEM球形颗粒速度,在重力作用下失稳物质在滑坡启动时速度不大,在基岩坡面运动过程中速度不断增大,最终入水速度最大约40 m/s左右。DEM法分析滑坡变形破坏过程与滑坡体失稳运动过程定性分析基本一致,对于高位散体滑坡灾害过程分析具有优势,可以为同类工程问题提供良好的借鉴。     

基于Voellmy模型的哀牢山地区滑坡泥石流灾害运动过程数值模拟

我国西南山区滑坡泥石流灾害常发,滑坡泥石流灾害体运移堆积的范围是开展区域地质灾害危险性评价的重要指标之一。以云南省哀牢山地区水塘镇芭蕉树滑坡泥石流灾害为研究对象,利用Voellmy流体运动模型进行灾害体运移堆积全过程数值模拟反分析,获取数值模拟模型参数。利用反分析得到的模型参数建立与芭蕉树滑坡泥石流所处地质环境条件相似的戛洒镇南恩小学滑坡数值模型,进行滑坡泥石流灾害运移堆积过程模拟分析,模拟结果与野外地质灾害危险性评估结论符合程度较高。