偏转角度对滑坡-碎屑流运动影响的模型试验

本文基于模型试验,对不同偏转角度(θ)作用下的碎屑流运动堆积特征进行初步研究。试验结果表明,在偏转作用下,碎屑流的运动经历了加速、持速和减速三个阶段。碎屑流的前缘速度在持速阶段表现出明显的波动性,偏转角度越大,碎屑流前缘速度波的动性越显著;但偏转角度对碎屑流的运动时间的影响并不显著。对碎屑流受偏转作用后的水平运动距离进行分析表明较小的偏转角度更有利于碎屑流的运动。偏转作用下碎屑流的堆积过程表现出"多次叠加堆积"特征,偏转角度越大"多次叠加堆积"的现象越明显。同时,碎屑流的堆积厚度分布也明显受控于偏转角度的影响。横断面上,堆积厚度沿受冲击碰撞一侧向对侧减小,两侧堆积厚度的差异随偏转角度的增大呈抛物线变化,θ=20°时最大。纵断面上,碎屑流在坡脚附近的堆积厚度随偏转角度的增大而增大。     

岩土体颗粒级配对滑坡碎屑流冲击作用的影响研究

滑体的运动、堆积及冲击力等因素决定了滑坡碎屑流的致灾程度,不同粒径大小及组成的颗粒在运动过程中,产生碰撞、摩擦、跳跃等作用,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。运用三维离散元素法,对比模型试验,以控制粒径为参数,探讨岩土体不同级配对滑体的堆积形态、运动速度及冲击力等动力学特征的影响。研究结果表明:各滑体模型运移堆积过程中均呈现出显著的反序分离特性;对于控制粒径相同,而颗粒级配不同的初始滑体,虽然堆积形态基本一致,但细小碎屑颗粒增大了滑体的运动速度,大粒径块石增加了滑体冲击力;在不同的控制粒径下,控制粒径越大,滑体流动性越强,滑体平均速度峰值和冲击力峰值越大;细小碎屑物质的反序现象会增大滑体动能,其显著的摩擦耗能作用会缩减滑体冲击能,粗大块石促进了滑体内部的能量传递,增大滑体冲击力。     

滑坡碎屑流运动参数与影响因素敏感度研究

现场调查的数据分析表明:同等规模体积的中、小型滑坡碎屑流的运动参数存在较大的差异,这些参数的差异源于滑坡体积、岩土体特性和地形条件耦合作用的结果,理论分析和数值计算常常不能完全解释其机理。因此,在模型试验的基础上,运用极差、方差分析等方法,探讨了滑坡碎屑流的体积、颗粒级配和斜坡坡度对坡脚下的水平运动距离、等效摩擦系数的影响。研究表明:滑坡碎屑流体积在同等规模等级和相同的落差条件下,3种因素对坡脚下水平运动距离的影响大小依次为颗粒级配、斜坡坡度和体积。颗粒级配对碎屑流坡脚下的水平运动距离的影响非常显著,而同等规模内变化的体积的影响不显著。因素对等效摩擦系数的影响大小顺序为斜坡坡度、颗粒级配和体积。坡度对碎屑流等效摩擦系数的影响非常显著,而同等规模内变化的体积的影响不显著。     

基于离散元方法的高速远程滑坡碎屑流新型防护结构

高速远程滑坡碎屑流以其极高的动能和超远的位移而著称,往往对其危害范围内的构筑物和人类活动等造成严重的破坏。其高速远程效应机理一直是国内外学者研究的热点,但其防灾减灾工程在目前仍没有形成一套完善的体系。基于此,采用2D离散元模型对四川绵竹清平文家沟地震滑坡引发的碎屑流及其运动过程进行了详尽研究。数值模型对现实模型进行了一定的简化。通过数值模拟实验,验证了实际工况下的文家沟碎屑流运动情况,并在此基础上研究了不同摩擦系数条件下的碎屑流堆积情况以及三种形状的防护结构体(重力式挡墙、倾斜式结构体、月牙形结构体)对碎屑流的耗能能力。通过研究发现:人工防护结构体可以很好地耗散碎屑流的动能;多层防护结构可以提高对碎屑流动能的耗散能力:月牙形结构体对于控制碎屑流滑程有明显的优势。所得结论对今后类似的研究具有一定的参考价值。     

沟道偏转地形对滑坡碎屑流运动的影响研究

在沟谷地形中,滑坡碎屑流的运动常受到地形的影响,导致其运动方向发生改变,进而影响到滑坡运动速度和堆积特征。本文利用三维离散元素法,对四川都江堰三溪村高速远程滑坡进行模拟,研究滑坡体不同部位的块体失稳后,在沟道偏转地形主导下的滑坡碎屑流前缘的运动速度、各部位滑体的速度变化过程和堆积特征,并提出沟道偏转地形耗能模型分析了地形偏转造成的动能消耗。研究结果显示:滑坡前缘在地形偏转位置运动方向发生变化,导致运动速度突降;由于滑坡不同部位的滑块相对于地形偏转点具有不同的撞击角度,导致其撞击后产生不同的偏转角度,滑块的偏转角度越大,速度变化越大;由沟道偏转地形导致的滑坡运动速度减小反映了偏转地形对滑坡的动能产生的耗散,动能耗散率与cos2θ(θ为偏转地形在水平面上的偏转角度)成反比;不同部位滑块的堆积长度随偏转角度的增大而减小。本研究分析了沟谷地形偏转对滑坡碎屑流运动速度作用机制及不同部位岩土体堆积范围的影响,可为该类地形条件下滑坡的运动机制研究和防灾减灾工作提供参考。     

不同颗粒级配滑坡碎屑流等效冲击力及作用位置分布研究

滑坡碎屑流的冲击是一个持续的,由大量粗细不均匀的碎屑岩粒及粗大块石共同作用的复杂力学冲击过程,冲击压力的大小和分布范围呈现一定的规律变化。以室内物理模型试验的数据为依据,运用三维离散元素法,提出滑体等效冲击力和等效冲击作用位置,探讨不同级配条件下,滑坡碎屑流冲击力的分布特征。结果表明,滑体冲击挡墙的过程可划分为动态冲击阶段和准静态堆积阶段。动态冲击过程中,滑体细颗粒组分摩擦耗能显著,导致滑体冲击力及其作用高度减小;粒径为20mm及以上粗颗粒间的碰撞作用促进了滑体内部的能量传递,导致滑体冲击力及作用高度增加,峰值冲击力呈分散性分布,峰值冲击力沿竖直高度方向的集中趋势不显著。准静态堆积阶段,挡墙所受接触力主要为后续滑体颗粒冲击能量的碰撞传递及重力分量的累积。滑坡碎屑流滑动带两侧场地条件基本相同的情况下,滑体等效冲击力的水平分布位置主要集中于迎流面中轴线附近,受颗粒级配条件影响较小。     

无砟轨道防沙挡板减沙效果的数值模拟研究北大核心CSCD

沙漠铁路常因风沙运动而轨道积沙,严重影响行车效率和运营安全。为了缓解铁路轨道内部沙粒的堆积,许多学者基于流场调控的方法设计相关的防轨道积沙设施。基于欧拉双流体模型研究了在无砟轨道中间布设与铁轨等高、具有不同几何截面的防沙挡板对轨道间流场及沙尘沉积过程的影响。结果表明:在无砟轨道内侧布设高175 mm、倾角分别为30°、45°、60°的倾斜挡板及矩形截面挡板、等腰直角三角形挡板可使得轨道间沙粒体积分数比降低7.98%、5.52%、4.56%、7.89%、6.83%,说明轨道间布设防沙挡板可以有效抑制轨道间的积沙,挡板倾角为30°时防沙效果最好。加入防沙挡板后,轨道间水平风速曲线呈“M”型变化,且防沙挡板两侧的流速明显增加,这种改变将显著增加颗粒的运动距离,从而降低轨道间积沙。     

西藏特大规模碎屑流堆积特征

２０００－０４－０９日由上游雪崩激发,导致中游地区的波密县境易贡藏布睛游支沟扎木弄巴（沟）滑坡,沿程强烈侵蚀而暴发国内外罕见的特大规模碎屑流,并形成了气浪堆积、顶托江水堆积、反弹堆积、包刨蚀堆积、寒冻风化堆积、地崩物质堆积等６个不同于滑坡、泥石流的碎屑流堆积。     

吉兰泰盐湖防护体系阻沙效应及输沙粒度特征

风沙危害是制约荒漠盐碱湖区资源开采的重要因素,研究盐湖防护体系风沙运移规律及其颗粒运动方式对实现盐湖资源可持续开采具有重要意义。以吉兰泰盐湖防护体系为研究对象,通过野外定位监测结合室内分析的方法,逐月对防护体系不同部位输沙通量进行观测,探究吉兰泰盐湖防护体系沙粒运动方式及各月输沙通量变化规律,以期为吉兰泰盐湖防护体系效果评估提供数据支撑。结果表明：（1）从流动沙垄至盐湖湖心风速表现为先减小后增加的趋势,除白刺灌丛外,其余样地风速基本不受风向影响。（2）除防护林带外,季节变化对防护体系50 cm高度以上输沙通量影响较大。（3）防护体系各样地0—40 cm高度的输沙通量占总输沙通量的53.43%—96.63%,区域内沙粒运动方式以跃移为主。（4）从流动沙垄至盐湖湖心,沙物质粒径分布曲线整体呈双峰型,且沙物质颗粒粒径表现为先增大,至盐碱滩地时达到最大,后略减小的趋势。吉兰泰盐湖防护体系50 cm高度以上输沙通量受季节影响较大,但整体仍可拦截95.79%—99.93%的沙粒,从而有效避免盐湖湖面积沙。     

勘察加半岛中部的火山泥石流

勘察加半岛是世界著名的火山区,与火山相关的熔岩流、碎屑流和泥石流现象非常普遍,其形成、运动特征以及基本物质组成也与我国暴雨泥石流有很大差别。作者于2013年8月实地考察了该区中东部Shiveluch、Klyuchevskoy和Tolbachik三座活火山的泥流、火山碎屑流和熔岩流灾害。通过考察获得的第一手资料,结合研究区地形、地质、气象等背景信息,对火山泥石流形成的基本控制条件、物质组成和堆积特征进行了简要介绍和分析,希望对我国火山泥石流研究有所帮助。     

沙坡头铁路防护体系内风沙沉积的粒度特征

包兰铁路沙坡头段铁路防护体系内,由于下垫面性质发生变化,流沙区至人工植被带地表沉积物中表层土壤的黏粒和粉沙含量显著增大,平均粒径减小,颗粒分选性显著变差。防护体系内表层沉积物中的粉沙含量与地表相对高程反相关,黏粒含量与地形起伏没有直接关系,颗粒平均粒径、分选性与地表相对高程正相关。在土层垂直方向上,表层0~5cm内土壤粉沙含量较高,颗粒分选性差;5cm以下深度内土壤粉沙含量减少,颗粒分选性变好。在防护体系内沙丘地貌的不同部位,沙尘沉积速率不同。据此估算表明防护体系内固定沙丘迎风坡顶部沉积速率为0.147 cm/a左右;背风坡和丘间地平均堆积速率大于0.588cm/a。     

栅栏对颗粒起动风速影响的实验研究

气流对栅栏的响应可以定量地用沙粒的起动风速来表征。通过风洞模拟实验研究了栅栏两侧不同距离处沙粒的起动风速及运动特征随疏透度和高度的变化关系。根据颗粒运动的不同典型特征,栅栏附近的水平区域可划分为5个区。栅栏的疏透度是决定其最终防护效果的关键因素,紧密型栅栏,尤其是不透风栅栏,其迎风侧脚容易形成堆积。栅栏疏透度为0.3～0.4时相对起动风速最大,疏透度0.3～0.6时能产生最大的有效防护距离。栅栏越低,产生最佳的防护效果所要求的疏透度就相对越小,反之亦然。疏透度0.3～0.4的栅栏在实际应用中可以起到最佳的防风阻沙效果。     

落石运动特征试验及影响因素敏感性分析

危岩崩落时会与坡面碰撞解体为块径不同的落石,而落石运动特征影响因素众多,导致难以准确预测落石运动全过程.本文以湖北汤池峡崩塌为例,在调查分析崩塌区地质条件的基础上,开展现场危岩清除试验,通过拍摄危岩崩落过程获取落石运动数据,并采用Rockfall软件对比研究落石运动特征,结果表明,当法向恢复系数Rn=0.37、切向恢复...     

莫高窟窟顶戈壁防护带阻截和输导功能研究

多风信条件下, 沙砾质戈壁与鸣沙山进行着往复式的能量交换及物质运动。部分沙物质在砾石的保护下, 形成阻沙。部分沙物质在跃移沙粒的激化下形成戈壁风沙流并对洞窟产生危害。戈壁风沙流是造成沙砾质戈壁从稳定向不稳定状态演化的主要动力因素; 而上风向沙源的供给状况又是决定砾石床面阻沙和导沙的主要因素。基于此, 戈壁防护带应首先控制来自鸣沙山的沙源, 采取以阻断或减少外来沙源, 通过固定和覆盖沙砾质戈壁地表以及增加下垫面粗糙度等, 来造成一种既利于沙子堆积的条件, 又能促进形成天然戈壁输沙场, 从而为偏东风反向搬运创造一个适宜场。因此, 如何因势利导, 使窟顶流场与风沙地貌达到一种动力平衡, 是莫高窟综合防护体系成功与否的关键之一。这与以往单风向或双风向条件下所探讨的防护体系效应有着本质的区别。     

回涡沙丘的形态特征与表面物质组成

在沙丘分类系统中,回涡沙丘是一种重要的有障沙丘形态,系运移风沙流在障碍物前遇阻堆积而成。野外测量表明,回涡沙丘具有与新月形沙丘相似的外观,其迎风坡坡度一般在2°～18°之间,背风坡坡度较陡为21°～31°。回涡沙丘高度及其与障碍物距离受障碍物高度的控制,障碍物越高则回涡沙丘也越高,沙丘离障碍物也越远,沙丘高度、沙丘与障碍物距离分别与障碍物高度线性相关。粒度特征反映了局地沙源特征,粗细颗粒均可在风力作用下形成障前堆积形态。同一地区回涡沙丘与新月形沙丘表面物质的粒度参数对比表明,由于障碍物前回旋涡流的影响,回涡沙丘表面物质经历了更为强烈的风力分选过程,物质组成更细,分选更好,更趋于正偏和窄峰态。     

岩土体颗粒级配对滑坡碎屑流冲击力力链特征的影响

冲击力力链特征反映了碎屑流颗粒间的接触关系,为滑坡碎屑流冲击力特性的研究提供了一个新的理论方法。以物理模型实验数据为依据,借助离散元模拟软件PFC~(2D),探究不同岩土体颗粒级配条件下,力链配位数、超强力链、强力链、弱力链占比和强弱力链分布位置的相关特性。结果表明,碎屑流在运动过程中,力链配位数和强、超强力链占比会经历一个先波动减小再增加最后保持稳定的过程,并且力链配位数与颗粒的平均速度呈负相关关系;岩土体颗粒级配中的不均匀系数C_u是影响力链配位数、超强力链、强力链、弱力链占比的主要因素;在碎屑流冲击挡墙过程中,强、超强力链主要集中于底部区域,并且随着粗大颗粒含量的增加,超强力链配位数峰值的作用位置逐渐升高。     

两种典型高等级公路路基断面风沙过程的风洞模拟

高等级公路路基中央构筑物不同,对路基断面风沙输移-堆积过程产生的影响不同。选取两种典型高等级公路路基,对其风沙输移-堆积过程进行了风洞模拟试验。结果表明：当路基模型高度为4 cm（路基模型与实际路基比例为1∶100）时,随着风速增大,防眩板路基背风侧积沙范围增大较为明显;在相同风速条件下,防眩网路基两侧积沙范围较大,对应的工程防护范围也应较大。当路基模型高度为8 cm时,防眩网路基路面积沙较多,背风侧积沙范围较大。路基越高,相应的工程防护范围应设置的较大一些,并加强对路基迎风坡的维护。建议在两种高等级路基背风侧5H（H为路基高度）以外范围增设风沙防护设施,尤其是防眩网路基,防止沙粒堆积被反向气流携带上路,影响交通安全。防眩板路基背风坡沙物质积累较多,为了防止背风坡积沙变成二次沙源危害道路行车安全,防眩板路基背风侧也需重点防护。在主风向单一的沙漠地区,高等级公路路基中央隔离带的防眩设施宜选择防眩板。     

香港海湾沙坝发育过程中的风沙作用

海湾沙坝是香港海岸一种主要的沉积地貌，以大屿山岛贝澳湾的沙坝最为典型。关于贝澳湾古（内）沙坝的成因曾有过较多的争论，但各种成因假说都缺乏有力的证据支持。本文分析了湾内沉积物特征和沉积过程与海平面变化的关系，揭示了风沙在海湾沙坝发育过程中所起的作用。古（内）沙坝的沉积成分随着内沙坝向上加积贝壳含量急剧减少，其上部沉积成分已明显不同于外沙坝和现代海滩，而与其前后的干泻湖上部相似，显示了沉积过程中沉积物来源的变化。内沙坝的沉积物粒径向上变细，分选向上变好，而粒径最小处不在沙坝的最上部，则是在贝壳含量开始向上减少的高度，表明沉积动力随着沉积来源的变化而改变。电镜扫描也显示内沙坝上部的部分颗粒不是来自海滩，具有磨圆差、缺乏水下撞击痕迹以及上翻解理与贝壳状断口共存的特征。内外沙坝下部海滩岩的高度、位置与年代还表明内外沙坝间的沉积高度与海平面变化无关。研究表明：香港海湾沙坝发育过程向上加积的动力由原来的海动力变为风动力；随岸线向海推进内沙坝的沉积物来源由来自海滩物质变为同时来自海滩物质及干泻湖上层物质，只有风才能堆积这些物质；内外沙坝间的沉积高度差只是风积高度不同的结果，与海平面变化无关；海湾内风沙作用并不显著。     

坡面颗粒流开源软件TITAN2D的改进及应用

滑坡或崩塌碎屑流的泛滥范围和冲击力可以用颗粒薄层流模型进行数值模拟研究。薄层流模型是将流体力学的质量守恒和动量守恒方程在深度方向平均后所得的近似方程组,因其在分析上的简化而广受重视。近年来基于颗粒薄层流模型(以Savage-Hutter模型为代表)的模拟研究取得大量进展,但相应的能够模拟自然地形上碎屑流的开源软件尚不多见。2007年美国纽约州立布法罗大学公开了一款结合颗粒薄层流模型和地理信息系统(GIS)的开源软件TITAN2D。在此,将TITAN2D中原来的HLL通量修改为耗散更小的HLLC通量,并增加了颗粒材料的停止准则。通过简单的颗粒堆积物和溃坝问题,验证了软件改进的有效性。进一步,利用中科院科学数据服务平台的DEM数据对重庆武隆鸡尾山滑坡、舟曲泥石流用干颗粒流进行数值模拟。通过调节底面摩擦角可以使计算结果大概反映实际灾害的泛滥范围,表明该软件值得进一步改进与发展。     

晚更新世中期以来克里雅河流域黄土沉积特征与环境演化

昆仓山中段克里雅河流域不同海拔黄土样品的物质组成，地球化学成分、孢粉组合表明塔里木盆地的继粒物质是其物源。黄土分布于２３００ｍ的前山地带至４９００ｍ高山带，自低而高，黄土厚度变薄，颗粒由粗变细。＾１４Ｃ年龄测定显示本区黄土物质由晚更新世中期（５００００－６００００ａＢ．Ｐ．）－全新世风力搬运的粉尘堆积而成。