四川汶川茶园沟"2003-08-09"泥石流灾害调查

今年夏天 ,我国南方部分地区 (主要是西南山区 )山地灾害活动频繁 ,发生了多起造成人员伤亡的严重泥石流、滑坡灾害。作为研究山地灾害的专门机构 ,中国科学院 -水利部成都山地灾害与环境研究所对此十分重视 ,多次派出专家组奔赴泥石流、滑坡灾害现场进行考察 ,收集灾害特征的第一手资料 ,开展典型山地灾害实例研究 ,及时为当地政府抢险救灾提供技术支持。通过山地灾害典型实例的调查研究 ,可促进对其发生规律的进一步认识和提高防灾减灾技术水平 ,国内外学者历来对此项工作十分重视。现将成都山地灾害与环境研究所有关专家完成的一组考察报告 (摘要 )集中报道于此 ,供大家参阅 ,希望引起更多的关注     

基于四参数随机生长法重构土体的格子玻尔兹曼细观渗流研究

多孔介质模型的重构问题是土体细观渗流机理研究的基础和关键。由四参数随机生长法(QSGS)构建土体模型,采用格子玻尔兹曼方法(LBM),通过MATLAB自编程序研究重构土在不同条件下的细观渗流机理。结果表明:随模型尺寸增大,孔隙连通程度显著提高,300×300格点大小的模型连通孔隙率增长幅度(34.38%)最大,继续扩大模型尺寸发现增加不明显;流体粒子在孔隙连通性好、孔径大的区域,会形成主渗流通道,且存在指进效应,孔道中间流速最大,可达0.0324,越靠近孔壁流速越小;大孔隙率土的流速比小孔隙率土大,而低孔隙率土中的流速相比大孔隙土更稳定;LBM模拟渗透率与经典K-C公式计算结果对比发现,孔隙率越高计算渗透率越准确(n=0.78,误差为10.22%);土颗粒越小,渗流孔道越细窄、分布越密集,对应的速度场分布更为均匀,同时流速也更小。该研究成果能较好地揭示重构土的细观渗流机理,也可为现有细观土体孔隙流研究提供一定借鉴。     

多遍冲击碾压混凝土路面时路基的动力响应分析

采用三维动力弹塑性有限元,考虑冲击压路机沿面板纵向中线及板边行驶来冲击碾压破碎旧水泥混凝土板,对路基在不同冲击遍数下的变形、受力等力学响应进行了分析。研究发现,土基在3个方向均承受压应力,板角荷载作用位置路基竖向变形最大,板中最小。板中路线路基竖向变形总体小于板边路线。随着距冲击点距离减小,土体竖向变形逐渐增大,并存在有明显的波动滞后现象和残余变形。随着冲击遍数的增加,土基最大竖向变形逐渐变大;第3遍冲击完后已出现明显的塑性区;随着冲击遍数的增加,土基中土压力逐渐增大,但渐趋稳定。虽然冲击遍数增加,但土压力增大范围仅限于土基一定深度内。     

粒状碎屑溜砂坡运动方程与砂坡土压力计算

在溜砂坡系列研究之二的基础上,对风干砂的运动特征进行了细致观察.将干砂流视为连续介质的流动,对干砂流的运动动力和阻力进行了深入研究,建立了干砂流垂线流速分布方程和干砂流体底面、表面滑动速度方程.结合挡砂工程,将干砂流体视为沿底面(此种砂坡的天然休止角)滑动的三角体,从而导出粒状碎屑溜砂坡水平土压力(或水平推力)计算模型.     

川藏公路典型溜砂坡形成机理与整治

溜砂坡是指高陡斜坡在风化作用下形成的砂粒和碎屑,在重力作用下发生溜动,并在坡脚堆积形成锥状斜坡。作为一种较常见的山地灾害,溜砂坡常对公路、铁路等线路工程构成极大的危害。本文以川藏公路中坝段：K3930 300～K3930 493溜砂坡为例,通过野外现场试验和室内试验,研究溜砂坡的形成机理、演化规律,并提出了可供实施的整治方案,对整个中坝段溜砂坡整治工程具有重要的指导意义。     

粒状碎屑溜砂坡运动方程与砂坡土压力计算（溜砂坡系列研究之三）

在溜砂坡系列研究之二的基础上,对风干砂的运动特征进行了细致观察。将干砂流视为连续介质的流动,对干砂流的运动动力和阻力进行了深入研究,建立了干砂流垂线流速分布方程和干砂流体底面、表面滑动速度方程。结合挡砂工程,将干砂流体视为沿底面（此种砂坡的天然休止角）滑动的三角体,从而导出粒状碎屑溜砂坡水平土压力（或水平推力）计算模型。     

非饱和透明土优先流迁移规律分析

为实现土的非饱和优先流迁移可视化,设计立柱装置进行非饱和渗流试验,采用透明土与数字图像处理技术,建立归一化像素强度与透明土饱和度的关系,在此基础上,通过室内模型试验,研究优先流路径连通性与相邻优先流路径旋转角对非饱和土优先流迁移的影响。试验结果表明：基于图像灰度像素强度表征非饱和透明土饱和度方法是可行的;全连通优先流（O-O型）与上连通优先流（O-C型）剖面呈现T型,中心轴剖面饱和度与边缘差异明显,下连通优先流路径（C-O型）中土体油压与基质势不足以使流体进入优先流路径形成优先流,入渗趋势与均匀流一致,O-C型优先流的稳定入渗率和湿润锋推移速度分别为C-O型的1.5倍和1.4倍;相邻O-C型优先流之间区域形成新的优先流,土体达到较高饱和度,增长速率随旋转角的增加而减小,优先流转角为90?、60?、30?时稳定入渗速率分别为均匀流的1.5、1.3、1.2倍;流体受重力影响,转角小的优先流仅沿路径一侧水平渗透,但湿润锋推移速度分别为均匀流的1.3、1.4、1.5倍,相邻优先流相互作用减弱,难以形成新的优先流。     

粒状碎屑溜砂坡的形成和基本特征研究（溜砂坡系列研究之一）

通过现场考察和室内模型试验，研究了粒状碎屑溜砂坡形成的“三大要素”——砂源区、溜动区和形成区、粒状碎屑溜砂坡形成条件和演化规律、研究了粒状碎屑溜砂坡的散体结构特征和天然休止角。通过影响天然休止角的主要因素和显著性分析，研究了天然休止角的线性回归方程以及粒状碎屑溜砂坡的稳定性和判别标志。     

粒状碎屑溜砂坡运动特征与动力数值分析 ——溜砂坡系列研究之二

通过现场观察和模型试验，研究了粒状碎屑溜砂坡平面上砂粒具有滑动、滚动和滑动-滚动相互转换的运动方式；砂粒运动具有牵引式和推动式的力学特征。砂粒牵引式运动平面上多为滚动，剖面上具有从上至下、从前至后带动运动的特征；砂粒推动式运动平面上多为滑动，剖面上具有从上到下、从后至前推动滑移的特征。从单个砂粒起动时的受力特征和条件，研究了砂粒滑动、滚动和碰撞的运动参数和动力学模型。     

非饱和花岗岩残积土水-气两相驱替过程数值模拟

水流在非饱和土体中的入渗过程实质上是水在下渗的过程中驱替空气的两相流问题。为揭示非饱和花岗岩残积土水-气两相驱替动态渗流机理,选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于工业CT扫描图像与Level Set方法,研究了原状土样两相驱替的动态特征。结果表明:对于细观尺度水-气两相驱替模拟,Level Set法能很好地捕捉两种不混溶流体间的界面位置;水-气两相驱替过程存在大孔隙优先流特征,且“绕流”现象一般易于出现在孔隙成圆度较高处;两相渗流速度主要受孔道迂回度控制,笔直、较宽孔道,渗流速度相对较高,同时存在明显的“优势通道”,且随渗流时间增大以先急后缓的特征呈正相关变化,最大增速率为 10.77%,最小仅 1.90%;孔道横截面速度大小分布与孔隙结构有关,“回流”和“绕流”现象会使驱替速度骤降,降低幅度可达21.62%;驱替阻力最大出现在孔壁处,孔道越窄,阻力越大;驱替效率与驱替压差成正比关系,且初期加压增速效果显著,可达25.49%,后期仅为1.47%。该研究成果可丰富降雨型滑坡理论基础并预防灾害产生,具有重要的理论价值及工程意义。