泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁的遭受泥石流冲击的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,本文通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用得到的原料在泥石流槽内对两种形状(圆形、方形)的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明:试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数(Re)可以综合反映流变特性和流速,因此圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据粘性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9,进行选用。     

泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁的遭受泥石流冲击的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,本文通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用得到的原料在泥石流槽内对两种形状(圆形、方形)的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明:试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数(Re)可以综合反映流变特性和流速,因此圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据粘性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9,进行选用。     

泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁在遭受泥石流冲击时的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用所配置的原料在泥石流槽内对两种形状（圆形、方形）的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明：试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数（Re）可以综合反映流变特性和流速,因此,圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据黏性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9进行选用。     

基于EDEM的碎屑流运动规律及冲击性能研究

泥石流运动规律及其冲击性能对于泥石流灾害的影响范围及严重程度具有重要决定意义。出于泥石流这类多相介质的复杂性，本文采用离散元仿真软件EDEM 2018对碎屑流冲击流槽试验进行了数值模拟研究，考虑流槽坡度、底部拦挡结构角度以及颗粒级配的影响，在已有研究成果的基础上对固体颗粒运动过程及冲击性能展开了系统研究。本文将数值模拟结果与现存试验数据进行了对比分析，验证了数值模拟方法的可靠性，在此基础上得出了以下结论:(1)在拦挡结构角度与颗粒级配相同的情况下，流槽坡度越大，对应的碎屑流运动速度与冲击力的峰值也越大；(2)在流槽坡度与级配相同的情况下，拦挡结构越陡，与其相互作用的固体颗粒数量越多，碎屑流越快达到速度和冲击力峰值，且对应的速度与冲击力峰值也越大；(3)在运动过程中，各颗粒级配的碎屑流均出现反序现象，且细颗粒含量的提升可提高碎屑流运动速度，但同时冲击力降低，而粗颗粒含量的提升可增大碎屑流对拦挡结构的冲击力，对于运动速度的影响较小。     

滑坡碎屑流冲击拦挡结构的离散元模拟

拦挡结构可以有效减小滑坡致灾范围、减弱致灾强度。文章以滑坡碎屑流为研究对象,通过对比模型试验和数值模拟结果,校正三维离散元模拟参数,进而研究不同坡脚角度和挡板高度对冲击力、最大水平运动距离的影响。研究结果表明:三个坡脚角度碎屑流冲击力的变化过程存在明显区别,坡脚角度为35°和45°时,冲击力时程曲线经历了两个显著的变化阶段:线性增大、线性减小。而坡脚角度为55°时,碎屑流冲击力时程曲线出现三个变化阶段:线性增加、恒力阶段、线性减小。挡板高度越高,恒力阶段的持续时间越短,冲击力线性减小阶段时间越长。小颗粒（2.5~10 mm）对挡板的冲击效应显著;中等颗粒（10~25 mm）随着挡板高度的增加,对挡板的冲击效应逐渐增大;而大颗粒（25~60 mm）作用在挡板上的冲击效应出现突变,与其他两种颗粒对比,整个运动过程冲击效应不显著。碎屑流的运程随着挡板高度的增加逐渐减小。对比三个坡脚角度下挡板的拦挡效果,坡脚角度α≤45°时,拦挡效果显著。     

坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙力学特征的影响

由坡度和挡墙倾角的改变造成碎屑流冲击力学模型的改变是目前被忽略的问题。在碎屑流冲击倾式拦挡墙物理试验的基础上,利用离散元数值计算方法研究了坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙（墙面与地面的夹角为90°）力学特征的影响,依据死区颗粒堆积特征,流动层颗粒冲击特征以及二者的相互作用特征提出了两种新力学模型：由倾斜冲击挡墙向坡面堆积转变的力学模型和考虑流动层对死区冲切摩擦作用的水平直接冲击力学模型。对不同冲击力学模型进行了验证分析,结果表明：坡度和挡墙倾角改变了死区的堆积特征从而改变了流动层的冲击方向和冲击力大小。当坡度小于40°时,碎屑流流动层首先沿死区上覆面倾斜冲击挡墙,在最大冲击力作用时刻,流动在坡面层状堆积,最大法向冲击合力可按静土压力公式估算。随着坡度的增大,在最大冲击力时刻,流动层颗粒直接冲击挡墙,但由于死区颗粒对流动层颗粒具有摩擦缓冲减速作用,大幅降低了流动层对挡墙的直接冲击力。此时死区对挡墙的作用力主要包括3个部分：流动层沿坡面冲击死区,由死区传递至挡墙的冲击力、流动层对死区的冲切摩擦力以及死区自重的静土压力。死区对挡墙作用力占最大法向冲击合力的比例增大至90%左右。当坡度由40°增大到50°时,在最大法向冲击合力作用时刻,流动层对死区的冲切摩擦力占最大冲击力的比例由15%增大到49%,流动层与死区之间的摩擦系数由滚动摩擦系数转变为静摩擦系数。提出的流动层对死区的冲切摩擦力为碎屑流冲击刚性挡墙力学计算模型提供了新的研究思路。     

泥石流冲击桥墩动力相互作用物理模型试验

在我国西部山区地震、地质活跃带,泥石流灾害对位于泥石流沟道、沟口等位置处的桥墩构成重大威胁。如何量化描述泥石流冲击桥墩的动力过程,是泥石流减灾领域拟要解决的一个重要科学问题。以泥石流灾害威胁成兰铁路沿线桥墩的工程背景为基础,依托大型泥石流模拟系统,进行多组室内大比例泥石流冲击桥墩物理模型试验。研究泥石流流速、流深以及流体特征参数与泥石流冲击压力的相关性。试验结果表明:冲击过程主要受到弗汝德数Fr和雷诺数Re两个无量纲数控制,稀性泥石流冲击压力主要控制参数为Fr,而对于黏性泥石流则同时有Fr和Re的影响;不论是对于峰值冲击力还是冲击功率谱,不同类型泥石流差别显著;在相同重度等条件下,稀性泥石流具有更大的冲击能量;此外,各种类型泥石流通过临界Fr线得到了本质上的区分。研究成果将为桥墩抗泥石流冲击结构设计提供技术支持及科学依据。     

滑坡-碎屑流冲击导引结构的离散元模拟

滑坡碎屑流对拦挡结构的直接冲击常产生较高的峰值冲击力和冲击能量,导致结构发生破坏而失效;而导引结构通过改变碎屑流的运动路径,可减缓其冲击效应,提高结构抗冲击能力。文章运用三维离散元模拟软件,结合室内休止角试验的结果,校准数值模拟参数,以三种不同导引结构(凹型圆弧、直线型、凸型圆弧)为变量进行数值模拟分析。研究结果表明:凹型圆弧结构B1可以有效地将碎屑流颗粒的冲击力进行转化,结构所受的法向力最小,切向力最大,对颗粒的导引作用最大。经过三种不同导引结构后,颗粒与滑槽之间的碰撞和摩擦是导致颗粒动能减小的主要原因;而三种不同导引结构对颗粒动能的耗散效果无显著差异。导引结构的作用对于颗粒堆积体积分布有显著的影响,主要影响区是靠近坡脚处,对导引结构之后的堆积区域的颗粒体积分布影响不显著。通过对冲击效应和堆积特性的研究,得到凹型圆弧结构形式最优,可以为碎屑流的防护工程抗冲击设计提供参考。     

滑源区粒序分布及颗粒粒径对碎屑流冲击作用的影响研究

滑体的运动速度、堆积形态、冲击力等因素决定了碎屑流的致灾程度。滑源区不同岩性特征和结构分布的差异导致了滑体粒序分布和颗粒粒径的差异。在运动过程中产生的碰撞、摩擦、跳跃,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。在物理模型试验的基础上,运用三维离散元软件PFC3D,探究滑源区粒序分布及颗粒粒径对滑体运动速度、堆积形态、冲击力的影响。研究结果表明:碎屑流中各粒径颗粒的平均速度受颗粒粒径及滑源区初始粒序的共同影响,且初始粒序对各颗粒平均速度影响更大;在堆积形态方面,粒径大小对厚度方向上的粒序排布影响较大,而滑源区粒序分布对单种颗粒的堆积形态影响较大;在颗粒分选作用下,颗粒粒径成为控制峰值冲击力的主要因素,而滑源区粒序分布则通过决定滑体堆积形态控制了准静态堆积阶段碎屑流的冲击力。     

碎屑流堆积物粒度分布与运动特性的关系——以贵州纳雍普洒村崩塌为例

对碎屑流堆积物的研究能反应碎屑流动能的变化。文章在普洒村崩塌现场调查的基础上结合崩塌堆积体高分辨率数字地表模型（DSM）,对崩塌碎屑流部分粒径进行统计分析,再结合谢德格尔公式估算崩塌碎屑流运动速度,对碎屑流运动过程进行初步分析,得到如下结论:（1）统计堆积体沿主滑方向的13个连续矩形区（A1~A13区）表面块石粒径,总结其规律为:越远离崩塌源区,小粒径含量越多,大粒径含量越少。（2）堆积物粒径和碎屑流运动动能有关,速度越大,其携带块石的能力越大,反之,块石含量越少。（3）根据块石堆积的不同特点,将堆积区域划分为初始堆积区、集中堆积区、平稳堆积区以及堆积减弱区。     

1965年烂泥沟滑坡前兆、高速远程运动及后期演化特征

烂泥沟滑坡是我国最著名的巨型高速远程滑坡之一。1965年烂泥沟滑坡活动造成近百年来最严重的单体滑坡灾害。此后,1991年和2007年滑坡又经历2次较大规模活动。然而,对于1965年烂泥沟滑坡前兆和2个序次活动的成生关系、此后滑坡活动特征,尚无定论;对滑坡现今状态尚不清楚。本文基于多时相、多源遥感卫星影像及近期无人机测量和现场调查数据,对上述问题进行了分析。研究发现,1965年滑坡前,滑源区北侧山体表开裂明显;1965年11月22日、23日2次滑动为北、南两侧山体分别滑动;其成生关系是:北侧山体沿倾向坡外结构面高位剪出,高速冲向南侧山坡,受其冲击,南侧山体次日沿倾向坡外结构面高位、高速滑出,第一序次滑动规模远大于第二序次;高速运动的部分滑坡碎屑流从流通区北侧山坡飞跃通过、且铲刮冲击强烈,滑坡碎屑流最远运动至烂泥沟与普福河交汇处向东2.8 km;1991年滑坡滑源区紧邻1965年北侧滑坡滑源区的西侧边界,滑坡碎屑流终止于沟道中段;2007年滑坡滑源区位于1991年滑坡滑源区上部,滑坡碎屑流运动距离略小于1991滑坡碎屑流。目前,滑源区西北侧、西南侧山坡上地表开裂明显,西北侧山坡上其中一条裂缝扩展速率约16.7 m/a,西南侧山坡上裂缝扩展迹象不明显。因此,西北侧山坡显示再次滑动之势,须引起关注。     

辽中凹陷北洼古近系东二下亚段湖底扇沉积类型及时空演化机理分析

辽中凹陷北洼古近系东二下亚段发育14期湖底扇沉积。基于湖底扇类型划分,对不同类型湖底扇沉积控制因素、成因机制及不同类型湖底扇之间的时空演化规律进行了研究。结合深水重力流沉积学理论,依据湖底扇水道发育程度、重力流流体性质,将研究区湖底扇分为非水道化-砂质碎屑流型湖底扇、非水道化-浊流型湖底扇和水道化湖底扇3种类型。非水道化-砂质碎屑流型和非水道化-浊流型湖底扇无明显下切水道,其中非水道化-砂质碎屑流型湖底扇整体富砂,非水道化-浊流型湖底扇整体富泥。水道化湖底扇发育明显下切水道,水道中发育砂质碎屑流富砂,水道外发育浊流富泥。物源富砂性及坡折带规模共同决定湖底扇沉积类型,含砂率大于30%的富砂型物源易形成非水道化湖底扇,含砂率小于30%的富泥型物源易形成水道化湖底扇。在富砂型物源背景下,当坡折规模较大时,因搬运距离远,砂泥分异充分,沉积非水道化-砂质碎屑流型和非水道化-浊流型两种湖底扇;当坡折规模较小时,砂泥分异不充分,只发育非水道化-砂质碎屑流型湖底扇。富砂物源滑塌为非粘性体,搬运过程中易与水融合,对底部呈片状冲刷,不易形成单一水道;富泥物源滑塌为黏性体,搬运过程中对底部冲刷集中,强度更大,易形成水道。     

岩质滑坡−碎屑流的运动距离计算公式研究

滑坡?碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度?、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡?碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡?碎屑流灾害预警工作提供理论指导。     

颗粒粒径对滑坡碎屑流动力特征及能量转化的影响——以四川省三溪村滑坡为例

滑坡碎屑流的能量演化机制涉及复杂的碰撞、摩擦和能量转化,对滑坡灾害的防治具有重要意义。以四川省三溪村滑坡为例,采用离散元法建模,研究了不同土颗粒粒径下滑坡的运动堆积特征、能量演化过程及其对建筑物的影响。结果表明,在不同粒径条件下,滑坡的堆积特征变化不大,但它们对能量转换和建筑物的冲击力有显著的影响。粒径越大,滑坡启动速度越快,峰值动能速度越高,碰撞耗散能量越大,摩擦耗散能量越少。粗粒土中颗粒间距越大,颗粒间的碰撞效应越明显,有利于能量传递,因此,对房屋的冲击力越大。因此,在模拟过程中不能忽视颗粒粒径对滑坡碎屑流动力学特征的影响。这些研究结果揭示了不同粒径土粒在滑坡运动过程中的能量演化机制,为能量演化对建筑冲击的影响提供了初步的认识,可为滑坡碎屑流的防治提供指导依据。     

北部湾盆地涠西南凹陷C洼湖底扇沉积特征及控制因素分析

基于岩心、测井和三维地震资料分析,对北部湾盆地涠西南凹陷C洼湖底扇沉积特征及其控制因素进行了系统的分析,建立了研究区湖底扇发育模式。研究区重力流沉积类型主要有滑塌、砂质碎屑流、浊流3种沉积类型,受涠西南低凸起物源、外界触发机制以及古地貌的共同影响,多期重力流在研究区湖盆形成湖底扇。近源区湖底扇沉积以滑塌和厚层砂质碎屑流为主。湖底扇中部主要充填大套砂质碎屑流成因的厚层砂岩。随着流体运移和稀释,砂质碎屑流逐渐转变成远端浊流。在湖底扇末端主要沉积正粒序浊积岩和湖相泥岩。在高精度层序地层格架的约束下,研究区流沙港组一段下亚段湖底扇砂体可划分为5个期次,即U1～U5。受5号断层带差异性活动影响,5期砂体垂向叠置,平面上不断迁移摆动。早期北部分支断层活动较强,砂体主要沉积在分支断层下降盘;后期随着南部主干断层活动性增强以及北部分支断层活动性降低,砂体厚度中心逐渐向南迁移。     

柴达木盆地古近系路乐河组重矿物特征与物源分析

柴达木盆地古近系路乐河组由于其沉积演化与青藏高原隆升密切相关,并且近几年来多口探井在该层系见到了良好的油气显示而被研究者所关注.沉积物源分析作为了解造山带构造演化、盆地沉积作用以及划分油气有利区带的重要方法是路乐河组研究的关键内容.前人对盆地不同区块第三系物源进行了研究但缺乏从全盆地范围整体探讨路乐河组物源的报导.本次研究通过重矿物组合、ZTR指数及重矿物稳定系数的平面展布特征结合岩屑类型对柴达木盆地古近系路乐河组地层进行系统分析,初步划分出昆特依-冷湖一-四号、马海-南八仙、红山、鄂博梁-碱山、油砂山-跃进、黄石-弯西等11个物源体系,基本确定了物源方向并恢复了母岩类型.研究表明,不同物源区沉积物特征差异较为明显,表现为昆仑山前物源搬运距离最长,阿尔金山前物源搬运距离最短,祁连山前物源搬运距离中等.上述认识为研究区沉积体系的精细划分、原型盆地恢复以及盆地构造演化提供了重要依据.     

非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

为研究大波幅波浪作用下,非完全淹没水平圆柱所受波浪力的特征,基于黏性流理论采用有限体积法建立两相流数值波浪水槽模型,对不同波幅和圆柱垂向位置下非完全淹没水平圆柱所受波浪力进行了数值计算,并对波浪力和冲击力的特征进行了分析,讨论了冲击力与冲击速度的关系,结合经验计算公式拟合得到了冲击力系数。结果表明:波浪力的大小受波幅和圆柱垂向位置的影响比较显著,其影响机理与波浪场流体运动特性相关;冲击力的大小与冲击速度密切相关,而垂向冲击力在波浪力中起主导作用时,对应的最小预测冲击速度受圆柱垂向位置影响并不显著;不同圆柱垂向位置下冲击力系数随着波幅增大由分散性较强逐渐趋于集中。     

基于灾害链效应的小秦岭乱石沟矿渣堆危险性评价

矿产开采过程中,大规模不合理的矿渣堆弃以及高强度降雨等所引发的矿渣碎屑流,对矿山的正常生产和人员安全带来了巨大的风险。由于矿渣堆普遍沿沟谷呈串珠状分布,若下级渣堆受到上级矿渣碎屑流的冲击、加载作用,其失稳起动概率及渣流量将明显增加,这种空间逐级影响所表现出的灾害链效应是矿渣碎屑流灾害作用的重要特征。以小秦岭乱石沟为例,在对研究区内矿渣堆详细调查的基础上,首先以矿渣堆高度、坡度、方量、是否堆载振动、底床坡度以及降雨汇流累积量6项指标对矿渣堆的危险性进行评价。其次,采用UBCDFLOW方法,考虑碎屑流的路径宽度、平均坡角及流动类型,估算碎屑流的滑移距离。最后,在此基础上从风险评价与预测的角度出发,综合考虑矿渣堆碎屑流的链状逐级影响,以及下级渣堆位于上级渣堆碎屑流冲击范围内的相对位置,得到灾害链效应下的矿渣堆危险性评价。计算结果表明考虑灾害链效应后,乱石沟内受碎屑流影响的矿渣堆的破坏概率明显增加,研究结果也为矿山沟谷流域矿渣堆灾害的风险评价及防治规划设计提供依据。     

基于高分影像与InSAR解译的西藏林芝则隆弄高位链式地质灾害发育特征分析

则隆弄沟位于西藏林芝米林县雅鲁藏布江右岸,属于震后影响区,因沟内地形陡峻、物源充足以及水源充沛,1950—2020年期间沟内高位地质灾害活动频繁,沟口村庄和桥梁长期遭受其严重威胁。根据现场调查与无人机航拍,结合多期遥感影像和InSAR数据,对则隆弄沟形成区高风险物源类别、数量以及流通区、堆积区的松散堆积物运动堆积特征进行解译,结果显示:目前则隆弄沟内形成区与流通区陡缓坡交界区域多级多期堆积有大量冰碛物松散物源,流动性较强,区域地质条件、地震活动、气象水文等因素为则隆弄高位链式地质灾害发生提供不稳定的物源结构、良好的临空条件和储藏平台、充足的势动能转换条件以及水动力条件。总结出则隆弄高位地质灾害链形成及演化过程为:高位冰崩（岩崩）-碎屑流-泥石流-堵江堰塞坝（湖）-洪水灾害,其长期具备高易发性和高危险性,后期应加强则隆弄沟高位地质灾害链的监测预警与风险防控。     

碎屑流冲击下桩梁组合结构拦挡效果及受力特征研究

以高位泥石流、碎屑流区桩梁组合新型拦挡结构为研究对象, 在总结已有桩梁组合结构的基础上, 运用颗粒流分析仿真程序、通用显示动力分析程序分别对碎屑流冲击下单排、多排桩林及桩梁组合结构拦挡效果、不同位置桩梁组合结构拦挡效果对比模拟以及桩梁组合结构受力特征模拟研究, 探讨了拦挡结构阻挡后碎屑流堆积特征和结构应力传递特征。计算结果表明: 碎屑流中较大粒径颗粒与拦挡结构、两侧沟道边界接触形成的桩-巨石力链拦挡效应可有效阻挡、迟滞后续碎屑流运动, 桩梁组合结构桩-巨石力链拦挡效应最佳; 第一排桩和第二排桩之间改流区进一步抑制了碎屑流速度; 桩梁组合结构在设计布置位置时, 一方面要考虑在碎屑流启动、势动转换过程中尽早抑制碎屑流速度, 另一方面仍需重视库容的设计, 谨防跃顶造成部分碎屑流逃逸, 在上述二者之间选择最优解进行位置布置; 碎屑流巨石冲击桩梁组合结构时, 冲击应力将通过连梁分散传递到后排桩, 连系梁两端连接部分的应力几乎达到屈服强度, 需加强配筋。