泥石流浆体流变参数的计算方法及其扩展性研究

利用云南东川蒋家沟泥石流的浆体流变实验数据,对现有流变参数计算公式进行优选,并分析了优选出的浆体流变参数计算式扩展到全粒径泥石流体的可行性。结果表明,Mooney公式和Krieger-Dougherty公式计算泥石流浆体的刚度系数精度较高,费祥俊公式和指数公式计算泥石流浆体的屈服应力精度较高;将这些公式应用于泥石流体时,对于密度较高的泥石流体不同公式的计算结果差异很大,总体而言费祥俊公式计算的屈服应力较为合理,对于黏性泥石流,利用浆体刚度系数并通过Krieger-Dougherty公式考虑粗颗粒影响的方法得到的刚度系数比较合理。本文的研究结果可以为泥石流动力学计算和防治工程设计提供参考。     

泥石流浆体流变参数的计算方法及其扩展性研究

利用云南东川蒋家沟泥石流的浆体流变实验数据，对现有流变参数计算公式进行优选，并讨论优选出的浆体流变参数计算式扩展到全粒径泥石流体的可行性。结果表明，Mooney公式和Krieger-Dougherty公式计算泥石流浆体的刚度系数精度较高，费祥俊公式和指数公式计算泥石流浆体的屈服应力精度较高；将这些公式应用于泥石流体时，对于密度较高的泥石流体不同公式的计算结果差异很大，总体而言费祥俊公式计算的屈服应力较为合理，对于粘性泥石流，利用浆体刚度系数并通过Krieger-Dougherty公式考虑粗颗粒影响的方法得到的刚度系数比较合理。本文的研究结果可以为泥石流动力学计算和防治工程设计提供参考。     

考虑浆体黏度的泥石流流速计算方法

泥石流浆体黏度通过影响泥石流内、外部的阻力特征影响泥石流的糙率系数,泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系还没有基于观测数据的定量表述。通过对云南东川蒋家沟泥石流观测资料的分析,研究泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系,并通过回归分析得到考虑浆体黏度的泥石流糙率系数计算公式,最后基于此构建了考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式。结果表明,随着泥石流浆体黏度的增加,泥石流糙率系数逐渐增加,浆体黏度在宏观上表现为增阻作用,考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式改进了现有公式在计算浆体黏度较高的泥石流流速中的不足。研究结果可为进一步研究浆体黏度对泥石流运动阻力的影响提供参考,也为工程实践中的流速计算和增阻消能设计提供新的思路。     

泥石流细颗粒浆体的有效浓度

粘性泥石流和稀性泥石流中的细颗粒含量基本相同,但它们的浆体浓度和物理力学性质却差异甚大.本文将从泥石流的颗粒组成出发,分析粗颗粒在泥石流中的作用,提出能够反映粗颗粒影响的有效浓度概念,给出一个计算实例,以说明它的计算方法.     

浆体流变试验数据处理方法分析

泥浆是一种非牛顿体，其流变特性不同于一般清水。反映浆体流变特性的最基本参数是流变参数。文中论述了用粘度计测定浆体流变参数试验数据的计算方法，给出了适用于浆体在不同受力状态下的虚流变方程、流变参数的计算方法及浆体受力状态的定量判别式。     

旋转粘度计测定浆体流变参数的计算方法

本文探讨用旋转粘度计测定当试样部分发生剪切变形时流变参数的计算方法，并导出相应的虚流变方程，完善了用旋转粘度计测定浆体流变参数的计算方法，提出了参数的检测精度。     

泥石流浆体屈服应力的计算方法

大量试验资料表明，泥石流浆体具有屈服应力，很多研究成果表明，浆体屈服应力由两部分组成，即网格结构的联结力和沙粒间的摩擦力，本文以颗粒电化学理论为基础，从理论上导出这两部分的表达式，得到浆体屈服应力公式，并用试验资料进行了验证。     

膏浆浆液的流变参数测定方法

膏浆作为一种大孔隙地层灌浆浆液,如何测其流变参数是一个急需解决的问题。本文提出了一种测定膏浆流变参数的新型实验装置,并对实验理论依据、数据处理方法及实验不足之处等进行了详细的阐述。此外,还利用此实验装置对先前实验得出的适合某工程环境的最佳配合比膏浆进行了流变参数测定。     

流变仪测定浆体流变参数的计算方法

本文介绍了在浆体流变试验中，根据浆体的实际受力情况，采用相应的虚流变方程，用数解法求得浆体的流变参数的方法。这种方法消除了以往采用图解法求解流变参数所引起的人为误差。使得所测定的流变参数值更接近于真实值。从而提高了流变参数的测验精度。     

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。     

天然泥石流剪切应变特性试验研究

泥石流流变性质与泥石流动力特性密切相关,对泥石流流变的研究是目前地质灾害领域研究的热点之一。采用安东帕第三代Physica MCR301流变仪对粒径在1 mm以下的泥石流堆积扇原样浆体进行测试,通过开展多组试验,研究了泥石流重度、剪切速率、加载方式等因素对泥石流流变性质的影响。结果表明:低重度泥石流体流变曲线呈现对数型关系,高重度泥石流体呈现指数增长关系;同种级配、同种剪切速率下,泥石流剪切应力与加载方式变化不大。     

泥石流冲击荷载的概率密度分布试验研究

建立浆体黏度和级配固相颗粒组合条件下的泥石流冲击室内模型,进行5种浆体黏度、5种固相比和4种颗粒粒径组合的85组试验。对试验数据进行概率统计,分析试验条件下泥石流体的冲击荷载概率密度分布特征。分析结果表明:冲击荷载概率密度曲线符合Gauss分布形式,拟合吻合度均达97%以上,中误差小于0.01;从形态上将实验中的概率密度曲线划分为单峰、奇异单峰、多峰及双驼峰分布形式,得到各种分布形式所对应的工况;仅考虑浆体黏度时,概率密度分布曲线随着浆体黏度的增大由单峰变为奇异单峰甚至多峰的分布形式;不考虑浆体黏度时,则是随固相颗粒粒径的增大同样由单峰变为奇异单峰及多峰的形式。     

基于FLO-2D的溃决型泥石流模拟研究

2013年7月10日华溪沟引发降雨量为100年一遇的溃决型泥石流("7.10"泥石流),造成岷江堵塞并形成堰塞湖,造成巨大经济损失和人员伤亡。为了研究溃决型泥石流危险性,探讨不同降雨频率下暴发泥石流的结果,利用FLO-2D软件对华溪沟在不同降雨频率下溃决与非溃决条件进行了数值模拟,并把100年一遇的模拟结果与实际野外调查情况做出对比。结果显示溃决条件下冲出量、堆积范围面积、平均堆积深度比非溃决条件下超出1倍;溃决时冲出量比实际调查值少5.58万m3。数值模拟结果表明模型的误差在允许范围内,模拟结果与原型相比准确度为88.61%,模拟效果较好。溃决型泥石流规模比非溃决时相比甚大,因此在进行灾害防治设计和危险性评价时应特别注意。     

蒋家沟泥石流年输沙量的拓扑预测

通过搜集整理并作图分析云南东川蒋家沟泥石流观测资料时发现,蒋家沟历年泥石流年输沙量变动幅度大且变动频繁,用一般拟合方法预测效果不理想。拓扑预测是一种预测未来发展趋势的方法,尤其对随时间有较大变化的对象,预测效果较好。本文试采用拓扑预测的方法对蒋家沟历年泥石流年输沙量的资料进行分析,对泥石流年输沙量进行了预测。     

泥石流流变特性的试验研究

为了研究泥石流体的流变特性，专门研制了一台环形锥板式流变仪，其特点是能保证切变率场分布均匀.用四种颗粒材料和不同粘度的液相试料配制成不同特性的试样进行了一系列试验，成功地测得了试样受剪时的切应力和法应力变化.试验表明，两相体内颗粒间的作用不只是惯性碰撞，还有接触支承、摩擦滑动等作用.颗粒切应力与法应力之比基本为常数，其值只随颗粒外表特征而异.随着浓度增大，应力曲线的屈服值益超显著.外形不规则颗粒的试样在低切变率区具有一个与高切变率区不同变化规律的初始段，出现应力随切变率减小而增大的逆向变化和更大的屈服值.这些现象对于研究泥石流运动机理有重要意义。     

泥石流固体堆积物粒度分布特征研究

为客观准确研究泥石流固体堆积物粒度分布特征与泥石流影响因素之间的关系,通过对某水库库区的23条泥石流沟进行深入的调查研究分析,选取与泥石流流体性质有密切关联的16个泥石流影响因素,利用核主成分分析法(KPCA)对影响因素进行降维,形成线性无关的主成分。然后利用神经网络,预测了泥石流固体堆积物的分形维数。结果表明,网络预测误差最大仅为2.6%,由此说明泥石流各影响因素间存在着复杂映射关系,具有良好的非线性相关性,能决定固体堆积物的粒度分布特征。     

泥石流粗大颗粒物质运动过程的数值模型

山区泥石流中粗大颗粒物质的运动、堆积和再启动等过程对泥石流灾害的形成具有特殊的意义.将成分复杂的泥石流体划分为连续性的水沙混合流浆体和随机分布在浆体中粗大固体物质,基于角动量、动量守恒原理,通过分析泥石流流场中的颗粒间、颗粒和泥石流浆体间、颗粒和床面间的复杂作用力,建立了适用于模拟泥石流中大颗粒运动的模型方程.将模型应用于舟曲三眼峪泥石流模拟,计算结果表明:模拟结果较好反映了泥石流粗大颗粒物质的运动和停淤现象.该模型可为分析大颗粒物质对泥石流灾害形成的分析提供借鉴.