泥石流的颗粒流模型

颗粒流的应力由三部分:弥散应力、摩擦应力和碰撞应力组成。对快速颗粒流来说,颗粒碰撞应力占优势,其他应力可略去不计。颗粒流模型非常适合描述颗粒间流体相互作用较小的无粘泥石流或水石流,作为应用例子的是:从颗粒流模型导出的速度分布与无粘泥石流的大量试验测量结果相一致。除颗粒流模型外,在泥石流研究中应用较多的还有宾汉体模型、膨胀体模型和粘塑体模型。它们都能作为特例,包括在两相流模型之中。     

成都粘土中石英的粒度分布及其表面微结构特征

对成都粘土以及相邻的川西黄土(青藏高原东部黄土)和北部黄土(秦岭山地及黄土高原黄土)的石英粒度分布和石英表面微结构进行了研究.结果显示大部分成都粘土的石英颗粒粒度频率曲线与川西黄土、北部黄土相似,为单峰分布,但有些成都粘土样品表现为双峰分布.成都粘土的石英粒度组成、粒度参数与川西黄土和北部黄土存在差异,成都粘土以粉砂粒级为主,有较好的分选.成都粘土的石英颗粒表面微结构与北部黄土存在差异,成都粘土石英颗粒表面的三角形撞击坑和碟形坑较深,轮廓线明显呈规则排列,表现出水下环境形成的特征.依据石英粒度分布和石英表面微结构特征,对成都粘土成因和物源进行了初步讨论.     

泥石流的结构两相流模型：I.理论

泥石流的运动既有类似于固液两相流之处,又在很程度上不同于固液两相流。在泥石流滨汉体模型,膨胀体模型,粘塑体模型及颗粒流模型研究的基础上,本文提出了一种新的模型－泥石流的“结构两相流模型”这种模具有以往各类模型的优点,同时又便于对不同类型的泥石流进行描述,在理论上,它比现行各类模型更加严密,在应用上,它较现行各类模式更加方便,能够适用于更加广泛的各类条件,泥石流的结构两相流模型中将现行模型的作为特例     

黏性泥石流冲起爬高计算

泥石流冲起爬高是泥石流防治工程设计中的一个重要参数。黏性泥石流是一种特殊的固、液两相流体,固、液两相间的相互作用很弱,流体整体性表现为粘塑性流体。在运动过程中,由于黏粒含量高,液相浆体表现出非常大的宏观黏性,而浆体的屈服应力和固相颗粒间的摩擦作用使得泥石流体表现出了很强的塑性特性。本文以黏性泥石流作为研究对象,考虑泥石流龙头的运动平衡方程,建立了一个简单的黏性泥石流运动爬高的物理模型。结合运动平衡方程的解和障碍物的几何特性,推导了黏性泥石流的冲起爬高的计算公式。参数敏感性分析表明,泥石流的冲起爬高随着障碍物迎面坡度和泥石流流速的增加而增加,随着障碍物坡面的摩擦系数和泥石流密度的增加为减小,而泥石流的泥深、液相浆体的屈服应力及动力粘性对泥石流的爬高影响较小。进一步的分析表明,黏性泥石流冲起爬高的计算公H_p=aV~2/2g主中的动能修正系数a与泥石流的密度及障碍物的迎面坡度和摩擦系数有关,可表示为a=sinθ/[sinθ+C_s(ρ_s-ρ_f)/ρ cosθ tanφ]。利用水槽实验和云南蒋家沟野外采集的泥石流动力学参数和爬高数据,验证了本文提出的黏性泥石流冲起爬高的计算公式的可靠性。     

泥石流颗粒组成的分形特征

泥石流是主动的流域物质输移形式,土体的颗粒组成决定了泥石流的活动。不同地区、不同流域、不同密度的泥石流样本分析表明,高密度(如籽s>2g/cm3)泥石流的颗粒分布曲线总体上具有指数形式,指数呈现出显著的区域性差异。泥石流多发生在一定的指数区间;颗粒组成具有良好的分形特征,不同密度泥石流颗粒的分形区间不同,这个区间可以认为是形成泥石流结构的颗粒区间,从而也确定了泥石流基质的颗粒界限;颗粒的分维随密度变化,密度越大(大颗粒含量越多),分维越大。颗粒的分形结构也是颗粒孔隙的分形结构,它决定了土体的液化,因而也决定了泥石流所表现的特征。     

泥石流的结构两相流模型：I.应用

本文应用泥石流的结构两相流模型对各类泥石流的运动机理进行探讨,并成功地解释了泥石流运动中的一系列特殊现象,如可能出现的颗粒浓度“上大下小”型分布,泥石流垂线速度的“反Ｓ”型分布,泥石流中颗粒脉动速度分布变化的特殊性,泥石流的输移特性以及在一定条件下出现的“流核”现象,等等,模型计算结果得到了实验资料的验证。     

含水率对泥石流浆体力学特性影响实验研究

探讨含水率对泥石流浆体力学特性影响是泥石流运移过程研究的基础性内容。以成都龙泉区黏土为实验材料,配制11种不同含水率的泥浆,利用安东帕MCR301流变仪,对不同含水率泥浆开展两循环旋转剪切实验(每循环剪切过程分为增速剪切(0-30 s^-1)和减速剪切(30-0 s^-1)两阶段),分析含水率对泥浆剪切过程、剪应力变化过程、剪切应力峰值及灵敏度的影响。实验结果表明:①初剪应力峰值和复剪应力峰值与含水率呈幂律关系。②由于剪切过程的差异性导致含水率对泥浆的剪应力与剪切速率的影响也具有差异性:当含水率低于100%时,第一、第二循环各阶段剪切过程中剪切应力变化过程完全不重合,且初剪应力峰值和复剪应力峰值随含水率增大迅速降低,灵敏度随含水率的增加迅速减小到1;当含水率高于100%时,第一、第二循环各阶段剪应力变化过程基本一致,含水率对应力峰值和泥浆灵敏度的影响可以忽略不计。③影响成都黏土泥浆剪切过程、剪切应力变化、剪应力峰值和灵敏度的含水率阈值是100%。本文对成都区黏土泥浆开展了动态剪切试验,探讨了含水率对泥浆特性的影响,可为其他区域黏土特性的研究提供参考,具有重要的研究意义!     

泥石流的结构两相流模型:Ⅱ.应用

本文应用泥石流的结构两相流模型对各类泥石流的运动机理进行探讨,并成功地解释了泥石流运动中的一系列特殊现象,如可能出现的颗粒浓度“上大下小”型分布、泥石流垂线速度的“反Ｓ”型分布、泥石流中颗粒脉动速度分布变化的特殊性、泥石流的输移特性以及在一定条件下出现的“流核”现象,等等。模型计算结果得到了实验资料的验证。     

泥石流颗粒级配倒置浅释

泥石流固体颗粒级配倒置,影响流速垂线分布、流态与冲击力,是一个十分重要的问题。本文根据力学及流变学对泥石流固体颗粒级配倒置进行了解释,对于泥石流运动机理的认识是有裨益的。     

成昆铁路北段粘性泥石流浆体流变参数的时间效应

对成昆铁路北段一些粘性泥石流浆体所作的剪切试验结果表明,流变参数[含:表观粘度η和屈服应力(极限静切力)τ]随时间推移而变化。粘性泥石流浆体的流变参数具有时间依赖效应,随剪切时间推移而递增。粘性泥石流浆体呈现出反触变性的流变行为,随时间推移而变稠,就此越发变得不易流动。     

泥石流浆体黏度计算中最大体积分数的确定

泥石流浆体的黏度是泥石流运动模型中的重要参数。利用相对黏度-颗粒体积分数的计算方法得到浆体黏度需要最大体积分数这一关键参数。本文利用不同来源泥石流堆积物中的细颗粒部分配置浆体开展流变实验,研究最大体积分数的确定方法。首先利用Anton Paar MCR301流变仪的同心圆筒系统测量每个细颗粒土体在不同颗粒体积分数下的流变曲线,通过宾汉模型得到各样品的塑性黏度,进而计算其与同温度下清水的相对黏度。然后利用6个应用较为广泛的相对黏度-颗粒体积分数计算方法对实验数据进行拟合,对各方法拟合的最大体积分数进行比较,分析其与细颗粒土体的特征体积分数(随机疏松堆积体积分数、随机密实堆积体积分数、击实体积分数、沉积稳定体积分数)的关系。结果显示对于同一土体配置的浆体,不同计算方法拟合的最大体积分数有所不同,但是同一种方法得到的不同土体的最大体积分数与土体的击实体积分数存在显著的线性关系,据此建立了各计算方法中最大体积分数的经验计算式。此外还建立了浆体相对黏度与颗粒体积分数、击实体积分数之间的指数关系式,该式可用于估算中等浓度和高浓度浆体与清水的相对黏度。     

SHL-1型砂浆流变仪在蒋家沟泥石流流变实验中的应用

泥石流体中含有从粘粒到砾石的各种粒径的颗粒成份,其级配之宽是任何挟沙水流、高含沙水流所不能比拟的,目前用于泥石流流变研究的各类流变仪,从理论上讲均不可用于非均质流体。但为了实用,在此以前所做的实验多为剔除>2—3毫米的样品,但由于泥石流级配中粗颗粒甚多,其流变数值与实际情况相差很大。为此,寻求能够容纳更粗颗粒的流变仪,已成为泥石流科研工作者孜孜以求之事,苏联于70年代末期曾研制成大型卧式粘度计,并应用于阿尔玛杰克河泥石流样品试验;国内西安冶金建筑     

泥石流造床运动的实验研究

"泥石流铺床现象"常被用来定性地解释黏性泥石流(特指高固相含量)运动的减阻效应.目前,铺床现象对泥石流运动的影响研究仍处于定性阶段,定量化的机理研究非常匮乏.本研究设计了中尺度水槽模型实验,对泥石流铺床作用的动力学过程开展了系统观测.以云南蒋家沟泥石流堆积为材料,配置了40％、50％、55％三种固相浓度对比组;实验观测...     

泥石流静力学特征值的测试方法

泥石流静力学是研究泥石流静止状态下的某些特征和一些规律。准确测定泥石流及其浆体的特征值,对揭示泥石流的形成和运动机理将起着十分重要的作用。 在野外(如西昌黑沙河,云南浑水沟,蒋家沟)开展观测试验以来,我们引进了石油钻井泥浆,土力学,土壤学和水化学等学科的某些试验方法,结合前人的工作经验,初步总结出泥石流及其浆体的组成,流变,结构和化学特性等参数的测试方法。以供与同行商讨。     

《泥石流体的流变特性与运移特征》出版

<正>由王裕宜、詹钱登、严璧玉等编著的《泥石流体的流变特性与运移特征》,是一本研究泥石流体的流变特性和运移特征的专门著作,于2014年初由湖南科学技术出版社出版,83万字。全书共18章,大致上可分为5部分。第一部分1-4章叙述了泥石流固体颗粒、浆体的物理化学性质和结构组成特点,是全书的基础部分;第二部分5-7章:叙述了泥石流形成的构造应力状况,泥石流发育区的工程地质选线,泥石流启动应力过冲     

“成都粘土”的成因、物源、时代及其古环境问题

"成都粘土"由Thorp和Dye于1936年命名,用以指示分布在四川盆地西部、西北部丘陵及高阶地上的含钙质结核粘土。Thorp和Dye并提出,"成都粘土"可能是遭受风化的风尘堆积。在四川盆地西北部,发育完整的第四纪粘土剖面,自上而下可分为三层:"成都粘土"、褐色粘土及网纹红土。在Thorp和Dye之后的70多年间,"成都粘土"成为土壤学家、地理学家和地质学家所共同关注的研究对象。但是,"成都粘土"的成因、物源、时代及其古环境意义,以及"成都粘土"与青藏高原黄土、黄土高原黄土的关系是一个长期争论的、有待解决的科学问题。"成都粘土"作为可能的风成堆积,针对其的研究,对认识和了解地质时期,尤其是冰期和冰消期四川盆地西部及其周边地区风向、大气环流格局及强度,以及风尘源区的植被覆盖及干旱化等古环境变化是十分有意义的。此外,"成都粘土"及其下伏的褐色粘土和网纹红土是著名的超固结性、胀缩性和裂隙性粘土,对于这一特殊土体的研究亦具有重要的理论和实践意义。为此,就有关成都粘土的研究历史进行了回顾,并对今后的研究工作提出如下建议:1.深入调查成都粘土的分布范围及其地貌分布特征;2.开展成都粘土的精细年代学研究并建立标准剖面;3.褐色粘土和网纹红土的成因及物源的深入研究;4.确认"成都粘土"、褐色粘土及网纹红土三者间的关系及可能存在的沉积间断;5.阐明"成都粘土"与川西高原黄土、黄土高原黄土之间的物源关系;6.重建"成都粘土"的风尘传输过程及机制;7.探索各层粘土的成因及后期风化改造对其超固结性、胀缩性和裂隙性发育的影响。     

几种毛管式粘度计泥浆体流变试验的比测

清华大学水利系等7个单位分别以自制的大尺度毛管式粘度计,对两种统一采集的土样进行了泥浆体流变试验。各组试验数据经统一处理后,并进行对比。结果表明:试样流变特性与宾汉模式相近,各单位试验所得的流变参数——宾汉切力和刚度系数的离差分别为±20—40％和±15—25％;两者的离差超出仪器可达到的测试精度甚大。出现这种情况的原因可能在于:泥浆体流变特性复杂,又具触变性。因此有必要制定一套试验操作规定。     

泥石流堆积物质释光退火机制研究进展

采集云南东川蒋家沟泥石流源区、流通区、堆积区泥石流堆积物,利用热释光技术测定泥石流物质的残积热释光剂量,进行泥石流物质的释光退火机制研究.研究表明:泥石流物质释光本底值依源区、流通区、堆积区明显降低,其在运动过程中发生了明显的退火现象,进行泥石流的热释光测年是可行的,尤其对于低频泥石流堆积,释光测年的准确性更高.但泥石流物质的退火并不充分,需要进行本底值的矫正,相关机制需要进一步研究.     

泥石流体的沉积稳定浓度与颗粒级配之关系

沉积稳定浓度主要反映了泥石流固体物质的级配特点,它涉及到泥石流体的固体颗粒的大小和排列状况。利用这种浓度可确定泥石流体的粘滞系数、宾汉剪切力以及与泥石流颗粒级配有关的其他参数。分析了泥石流体的沉积稳定浓度与颗粒级配的理论关系,并用实验方法建立了它们的关系式。     

蒋家沟泥石流流态

蒋家沟是一条规模巨大、暴发频繁、类型齐全、流态典型的暴雨型泥石流沟,为开展泥石流流态和流变的研究提供了良好的条件。本文试图从讨论泥石流的流变特性着手,研究各类泥石流的流态性质,分析影响泥石流流态的诸因素,阐明泥石流流态的时空变化,为建立泥石流所特有的流动模式提供论据。因笔者水平限制,文中谬误之处,谨请指正。