高速远程滑坡动力学研究进展

高速远程滑坡动力学机理研究一直是国际地质灾害领域长期关注的热点与前沿性科学。通过对已有研究成果的系统性梳理,对高速远程滑坡动力学研究现状进行了概略性述评,厘定了本文所讨论的高速远程滑坡的定义,阐述了高速远程滑坡的典型沉积学特征,并对国内外学者提出的最有影响、最有地质证据支持的高速滑坡远程运动机理——摩擦生热减阻、滑带液化减阻、动力破碎减阻、底部裹挟减阻、剪切振动减阻、动量传递远程进行了论述。在此基础上,分析与讨论了高速远程滑坡动力学研究的发展趋势,提出今后研究所面临的深层次科学问题,并提出未来应进一步重点研究的关键科学问题在于速率相依摩阻弱化机理、破碎渐进相变耗能机理、过程相依波动减阻机理等。     

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。     

粒径对岩崩-碎屑流滑震特征的影响

岩崩-碎屑流是一种发生在高山峡谷地区,具有高位性、隐蔽性、事件突发性和灾害巨大危害性等特征的地质灾害,滑震信号监测可实现对地质灾害体运动信息的实时捕获,为灾害预警及灾后评估提供重要信息。以颗粒集合体崩落运动过程为研究对象,设计并开展了物理模型实验,分析了颗粒粒径对滑震信号特征的影响,探讨了岩崩-碎屑流撞击过程产生的滑震信号特征及其现实意义。结果表明:①颗粒集合体总质量一定时,滑震信号最大振幅值为17.33g～39.21g,且随着颗粒粒径的增大而增大; ②颗粒集合体总质量一定时,滑震信号包络线平均值、阿里亚斯强度随着颗粒粒径的增大而增大; ③粒径为2～4 mm的颗粒集合体产生的滑震信号平均频率为16.95～23.02 kHz,且在总质量一定时,滑震信号的平均频率随着颗粒粒径的增大而减小。本文研究成果以期进一步加深对滑震信号影响因素的认识,并为灾害潜在区域监测预警系统建立、重大地质灾害灾后快速评估、应急响应措施制定等提供理论依据。     

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。