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。     

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。     

基于SPH法的岩崩碎屑流与防护结构相互作用分析

基于SPH(光滑粒子动力学法)开展岩崩碎屑流与防护结构相互作用研究,并与干颗粒材料的水槽流砂试验进行验证分析,在此基础上优化防护结构设计。结果表明:岩崩碎屑流的运动和堆积受水槽的倾角和挡板的影响,挡板高度较小时,挡板对颗粒物质的堆积影响很小,颗粒物质较易翻越挡板,继续向前运动堆积,挡板后部几乎形不成保护带,而伴随挡板高度增加,更多的颗粒不能轻易越过挡板,大部分从挡板两侧越过,在挡板后形成一个保护带。水槽的挡板周围碎屑流沿深度部面的速度图伴随深度变化而变化。研究结果可为山区岩崩滚石灾害多发带防护结构设计提供技术依据。     

从蒋家沟泥石流阵流看泥石流堆积

野外观测和实验证明，泥石流的堆积是经过无数随机的“元堆积”叠加形成的。“元堆积”保留了泥石流的活动特征。根据云南东川蒋家沟泥石流阵流资料和阵流的数值模拟，发现堆积厚度与阵流的深度和速度，在统计上是一致的，说明了堆积与运动之间的系统性联系。这种联系为泥石流活动的系统性和泥石流灾害的评估提供了新的线索。     

泥石流堆积的分布

野外观测和实验模拟表明，泥石流堆积是通过若干阵流在保持相对完整的形态下叠加形成的。本文利用蒋家沟阵流的观测数据，根据阵流流深一流速关系和各自分布，并结合浊流的堆积分布、数值模拟的流深、堆积分布，提出泥石流堆积厚度的分布具有与流深相同的负幂分布形式，并估计了分布指数的下限。结果表明，泥石流堆积厚度的分布很不均匀，分布的估计为堆积区的危险性的划分提供了新的定量依据。     

动床条件下粘性泥石流沟道淤积实验研究

泥石流淤积是危害建筑物的主要方式之一.为了探讨动床条件下泥石流沟道淤积规律,开展了不同泥石流重度、不同沟床物质重度、不同沟道坡度以及不同泥石流总量共4组单次淤积实验和1组不同沟道坡度下的泥石流连续淤积实验.实验结果表明,单次淤积时,泥石流淤积厚度随着沟道坡度的增加而减小,随着泥石流重度的增大而增大,随泥石流总量的增大而增大,受沟床物质重度变化的影响较小;连续淤积时,随着沟道坡度的增加,第2次淤积相对于第1次淤积结果依次表现为完全淤积、冲淤交替以及完全冲刷,且冲刷始于沟道前缘,逐渐向后缘发展.在分析泥石流淤积厚度的影响因素基础上,通过回归分析建立了动床条件下粘性泥石流沟道淤积厚度的经验预测公式:H=0.005x+ (1.63E-11)e(rc)-0.003ln(sinθ) +0.22V-0.02.     

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。     

芦山地震汤家沟滑坡-碎屑流过程模拟

2013年4月20日四川省芦山县发生Ms7.0级强烈地震,诱发芦山县、天全县、宝兴县等多个县区2500多处崩塌、落石、滑坡、泥石流等次生灾害,但规模较小。天全县老杨乡汤家沟滑坡-碎屑流是此次地震诱发的最大一处滑坡,在地震作用下约有53万m~3的岩体自滑源区高速滑出。因剪出口下方山脊的阻挡作用滑体沿左右两侧发生分叉,此后分别沿春尖窝沟和干沟头沟高速运动,滑行约340 m和440 m后与各自沟谷侧壁发生撞击、爬坡解体为碎屑流,碰撞转向后继续向下滑行,总滑行距离约1.6 km,高程差约480 m。尽管关于芦山地震滑坡的研究很多,但对滑坡全过程动态模拟的研究较少。本文通过滑坡现场调查,解析了汤家沟滑坡的基本运动特征和滑体运动过程中发生的碰撞、铲刮、堆积等现象,并基于DAN3D动力分析软件,采用Friction-Voellmy复合模型反演了汤家沟滑坡运动全过程,得到了滑体的堆积、速度分布以及铲刮等特征。     

地震作用下边坡及不利地质体的动力特征

深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层介质性质出现差异,成为非连续介质,地震动力响应由此变得复杂。根据青川地震监测数据分析线型坡及山坳处的地震动力响应特征,并结合适用于分析岩质边坡运动过程的不连续变形分析方法(DDA),对不同岩质边坡及岩体中出现节理和软弱夹层等不利地质体时的动力特征进行分析,揭示在一定高程下线型坡上地震波加速度随高程增加而增大,且垂直山脊方向的地震波峰值加速度放大系数大于沿山脊方向,最大可达3.12倍;山坳处的地震波加速度较谷底会出现一定程度的衰减。同一规模边坡,岩质越硬加速度放大系数越大;当边坡中存在节理及软弱夹层时,地震波传播会受到反射和透射的影响,从而影响边坡的动力响应特征。分析表明,岩体弹模较大时,节理对地震波传播的透射作用较强,且节理间距与输入波长的比值小于临界值时,其比值越大,节理对地震波的透射作用越强;岩体分界面下部岩性较上部岩性硬时,随着两种岩性弹模差别增大,透射波峰值加速度降低越明显,而反之分界面以下岩性较上部软时,随着两种岩性弹模差值越大,透射波加速度放大越显著;软弱夹层厚度以及其与周围岩体波阻抗比较大时,地震波经过软弱夹层时的透射系数较小。     

土壤水分及土壤-大气界面对麦田水热传输的作用

文章根据1996年在中国栾城农业生态试验站观测的田间试验资料,分析了土壤水分和土壤-大气界面对麦田水热传输的抑制和加速作用。对于显热和潜热输送,土壤水分起决定作用,土壤水分越小,显热通量越大,潜热通量越小,反之亦然。只在土壤水分较小时界面厚度对显热和潜热输送作用较大。对于土壤热输送,界面厚度起决定作用,界面厚度越大土壤热通量越小。分析还发现60cm深处土壤水势与叶水势和大气水势的相关系数较其它深度处的土壤水势大。0～60cm土层是确定土壤水分运动对界面水热传输影响的一个良好的指示层。     

风向对半固定沙垄表面风速影响——以古尔班通古特沙漠为例

利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速进行实地观测,获取了主要风季不同风向条件下沙垄表面7个典型部位距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm 5个高度的风速系列数据,系统研究风向对半固定沙垄表面坡面风速及风速廓线的影响。结果表明,迎风坡的气流加速和背风坡的风速降低现象在实际观测中得到证实,但受风向的影响甚大。垄顶风速放大率随入射角的增大呈指数关系递增,而背风坡风速占垄顶风速的比率则随入射角的增大呈线性关系递减。大角度入射气流速度变化主要受控于沙垄形态,小角度入射气流速度变化主要受控于地表植被状况。无论气流以何种角度入射,距沙垄表面20 cm高度气流的加速均较其他高度缓和。沙垄底部和坡中下部的风速廓线变化趋势基本一致,且呈较好的对数拟合关系;两坡中上部和垄顶部的对数拟合方程相关系数偏小;受回旋涡流的影响,风速廓线在背风坡上部有明显偏折,初步断定涡流中心在距地表40 cm左右的高度。     

降雨天气下城市道路速度变化的差异及其影响因素

以深圳市雨量监测数据和大规模出租车GPS数据为数据源,计算城市各道路在雨天相对于晴天同时段速度的变化率。结果发现,降雨并不总是造成道路速度下降,研究区中约30%道路的速度会有不同程度的上升。运用多元线性回归模型分析降雨量、道路等级、车流量、晴天同时段的速度等影响因素在速度下降和速度上升两类道路上的作用差异。结果表明,对于速度下降的路段,降雨量、晴天同时段的速度、雨天车速的变异系数及车流量越大,道路速度越易受影响,下降幅度越大。公交站点的数量增加有助于缓解道路速度下降的幅度。道路等级不显著而道路在晴天同时段的速度显著,表明降雨天道路速度下降的程度与其在正常交通条件下的实际通行速度之间的关系更紧密。对于速度上升的路段,降雨量、雨天车速变异系数越大,道路速度上升幅度反而越大。晴天同时段的速度越低的道路,其速度有更大的上升幅度。     

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。     

黄土高原坡地单株植物下的微地形研究

坡地孤立植物下的微地形反映了植被、土壤、侵蚀和沉积过程之间复杂的相互作用。本文通过对黄土高原三种植物微地形结构的研究，分析了坡度和植物种类对微地形形成的影响。结果表明：坡度越大，沉积物堆积高度越大，微地形越明显；不同植物之间的微地形有明显差异。本研究中，地表植被覆盖为草类的刺槐林保持土壤的作用最大，可以为黄土高原植被覆盖度低地区的植被恢复和水土保持规划提供科学依据。     

土壤风蚀过程颗粒释放机理研究

针对目前土壤风蚀中土壤颗粒释放过程机理研究存在的不足,建立了颗粒在土壤表面起动、滚动、起跳的土壤颗粒释放力学模型,同时考虑了太阳辐射及地表温度产生的向上垂向风速对颗粒起动风速的影响,并采用前人的实验结果与本文模型数值计算结果进行了对比分析,证明其模型的合理性。数值结果表明：起动风速随颗粒粒径的增大先减小后增大,其中在0.12~0.14 mm粒径范围内颗粒最容易起动,同时床面温度越高对颗粒的起动风速影响也越明显,同一粒径下床面温度越高起动风速越小。颗粒在床面上的运动不是纯滚动,而是滚动中有滑动。颗粒起跳速度主要分布在0.3~0.65 m/s之间;起跳角度30°~35°之间;颗粒起跳的角速度主要分布在600~1 200 rev/s。土壤颗粒释放微观过程的研究将对改进土壤风蚀输送过程中的宏观监测与预报起到重要作用。     

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。     

1954年长江巨洪中物理因子的叠加作用

分析了形成1954年长江巨洪的物理因子,指出现有研究主要侧重单个物理因子对1954年长江巨洪的影响。事实上,1954年长江巨洪是这些因子叠加作用的结果,并且因子越多,叠加作用越强,巨洪的量级也就越大。     

喜德采书组“8·31”滑坡工程地质特征及运动过程

受青藏高原新生代快速隆升和河流的快速下切影响,在我国西南山区高山峡谷、高地应力场、频繁的地震活动、暴雨及人类活动等内外动力作用下,河谷地段常形成暴雨诱发滑坡→堵江→堰塞湖灾害链。2012-08-31,四川喜德县遭遇200 a一遇的特大暴雨,日最大降雨量达149.2 mm。热柯依达乡上游1.5 km处发生大型碎屑岩滑坡,体积为520×104m3,堵河形成堰塞坝。堰塞湖水位上升28.6 m,库容量达120×104m3,威胁下游9个乡镇与县城约1.29万人的生命财产安全。基于对滑坡及堰塞坝的工程地质测绘,分析了滑坡的平面、空间形态,滑坡体、堰塞坝的物质结构、变形破坏特征。研究了滑坡运动过程的地质力学模式,推导出本构方程。主要认识有:1.滑坡体物质主要分为散体、层状碎裂、层状块裂结构。2.滑坡失稳运动地质模式为:强降雨诱发滑体产生后退式拉裂蠕滑启动;在岩体裂隙中静水压力和动水压力作用下,和前缘良好临空条件结合,产生高速滑动,凌空飞行;受河谷、对岸山体阻挡,急速停止,解体、破碎,堆积于河谷,堵断河流形成堰塞体。3.滑坡启动失稳力学模式主要为潜水和承压含水层混合模式。天然工况下稳定性系数为1.18,处于基本稳定状态;暴雨工况下为0.92,失稳破坏。推导出滑坡短程飞行、碎屑流运动本构方程。4.堰塞坝整体稳定性好,发生管涌或流土溃决的可能性小,主要以"漫顶"模式逐级冲刷破坏。     

不同坡角公路路基流场的风洞实验

根据内蒙古S315一级公路黑风口路段风沙危害现状,基于风洞模拟实验,采用毕托管测定不同坡角路基模型断面的风速,通过对流场分布、风速廓线及风速减弱率的分析探讨沙漠公路风沙危害的形成机理。结果表明：坡角对路基两侧的积沙范围和风蚀强度有重要影响。风速一定时,坡角越大,路基两侧积沙范围越大,与之对应的防护范围也应加大。路基坡角一定时,路基背风侧积沙范围随风速增大整体可能呈扩大趋势,坡角越大,扩大趋势越不明显,导致大量沙粒堆积在背风坡脚附近,这就需在坡角较大的公路背风侧多设置几道阻沙栅栏和固沙方格来降低风速、防治沙害。风沙流对迎风坡脚和迎风坡肩的风蚀作用最强,在实际应用中,应重点对这两个部位进行工程砌护,以防路基塌陷造成交通事故威胁公路安全运营。     

云南鲁甸地震甘家寨滑坡基本特征及失稳机制

甘家寨滑坡是云南鲁甸6.5级地震诱发的特大型滑坡,规模达到1×10~7m~3。滑坡堵塞沙坝河,形成堰塞湖,中断交通,造成32户民房掩埋、55人死亡与失踪,是鲁甸地震区规模最大、灾损最严重的滑坡之一。该滑坡是地震诱发陡峻山体上的石灰岩强风化堆积体滑动而形成的特大型岩土质滑坡,表层为10~20 m固结良好的白云质灰岩结构体,中下层为50~60 m具空隙结构的深厚灰岩风化堆积物。滑坡主要的触发因素有:断层滑动方向性效应、地形放大效应、近断层地震动作用、背坡面效应。滑动过程分为坡体震裂松动、后缘拉裂、整体下滑、减速堆积4个阶段,受滑坡体原有地形影响及滑坡动力过程控制,滑坡堆积体形成4级台坎,其中第二级台坎形成高差约2 m的反向堆积。结合野外实际调查数据与滑坡运动力学模型,估算滑体水平滑动至350 m左右处,速度达到最大4.4 m/s,滑动至砂坝河时滑坡前缘速度减至3.6 m/min,堆积于河道,形成堰塞湖。甘家寨滑坡堆积体地形陡峻、堆积物裂缝密集分布,强降雨条件下,容易再次滑动并成灾,建议进行滑坡体的综合治理,控制后缘地表径流、减轻坡体下渗、强化滑坡前缘工程治理,保障交通顺畅,减轻灾害损失。