滑坡碎屑化运动物理模型相似材料特性研究

高速远程滑坡物理模型试验中,岩石相似材料的选择是模型试验成功的关键,然而目前滑坡相似材料强度高、难以在缩尺试验中模拟滑坡破碎过程。以重晶石、石英砂为骨料,石膏为胶结剂,羧甲基纤维素钠、甘油、水作为辅助材料,进行可破碎岩石相似材料的配比试验。采用控制变量法研究重晶石与石英砂比例（重石比）、骨料与胶结物比例（骨胶比）、羧甲基纤维素钠含量、拌合水量、甘油含量对相似材料物理力学性质的影响。试验结果表明：所有配比情况下各相似材料物理力学参数的范围分别为单轴抗压强度为0.12～1.47 MPa,弹性模量为25.51～148.12 MPa,黏聚力为1.63～87.39 kPa,内摩擦角为22.70°～35.89°,脆性指标主要分布在0.033～0.145之间;重石比主要控制岩石相似材料的内摩擦角;骨胶比减小,对应的黏聚力和内摩擦角先增大后减小;羧甲基纤维素钠对材料的单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力等材料的力学特性以及材料的脆性指标影响均比较大,其中对单轴抗压强度的影响最大。因此,控制羧甲基纤维素钠和拌合水量的含量,并合理调节重石比与骨胶比,在相似比约为1∶600的试验尺度下,最终确定了适用于高速远程滑坡碎屑化过程模拟的低强度高脆性岩石相似材料的配比区间。     

高速远程滑坡颗粒流研究进展

颗粒流是高速远程滑坡物质演化过程的一个重要阶段,也是从细观角度揭示其超常运动特性的重要手段.颗粒流所采用的主要研究方法以及取得的重要理论成果,可以为高速远程滑坡动力学机理的研究提供重要的技术手段和理论支持.本文聚焦颗粒流研究进展,从颗粒流基本概念、流态特征及流变本构模型、颗粒流粒径分选机制等方面进行了系统梳理;进而,从理论、实验及数值计算模型3个方面对高速远程滑坡研究中颗粒流理论及方法的应用进行了系统性述评;在此基础上,提出了从颗粒流角度研究高速远程滑坡动力学机理涉及的关键科学问题:高速远程滑坡高流动性的起源涉及哪些物理过程？如何量化和模拟其多分散性和破碎过程？如何量化描述颗粒尺寸分布的时空演变及其与流动的耦合？如何从其沉积特征中探究流动的传播机制？针对这些问题,从基于沉积学特征的颗粒流物理力学过程、考虑尺度效应的颗粒流动力学特性研究、基于颗粒流力学过程的滑坡运动机理及其本构模型、新技术新方法的应用4个方面提出下一步应重点开展的研究工作.      

岩体结构对岩质滑坡运动过程和堆积特征的影响研究

我国西南高山峡谷地区,常发生高位岩质斜坡失稳,形成碎屑流,造成巨大人员伤亡与经济财产损失。目前存在着许多关于岩质滑坡的研究理论和物理模型,但这些理论与模型都忽略了岩体结构这一属性,然而对岩质滑坡而言,岩体的结构特征不仅控制着斜坡变形失稳模式,同样影响失稳后滑体碎屑化运动过程,甚至最终的危害范围。因此,文章使用离散元数值模拟方法,通过模拟不同结构面强度、结构面密度、结构面方向和岩块强度下岩质滑坡碎屑化运动过程,研究了不同源区岩体结构对岩质滑坡破碎特征、运动形式和运动距离的影响规律及影响机制。研究结果如下:（1）质心运动距离随结构面强度增大而增大,结构面抗拉强度提升10倍,质心运动距离增加3%;（2）结构面密度的增加使得块体破碎率随之增加,但运动距离和分布面积都呈下降趋势;（3）水平向结构面岩体的前缘运动距离和质心运动距离与其他方向结构面工况相比均降低10%左右,分布面积则缩减接近30%,破碎率最大;（4）随着岩块强度增加,破碎率降低,分布面积最终缩减40%,完整块体工况运动距离最终增大15%左右。结果有助于进一步理解岩质滑坡动力学过程,指导山区防灾减灾工作。     

青藏高原古高速远程滑坡沉积学特征研究

高速远程滑坡运动学机理是国际工程地质领域亟待解决的重大前沿性关键科学问题.为探索高速远程滑坡的运动学机理,以青藏高原不同构造背景下的三大高速远程滑坡为研究对象,通过现场工程地质调查与分析,详细探讨了滑坡运动路径上所揭露出的各种表面与剖面沉积学特征,结果显示:(1)沿滑坡运动路径上依次可见大型堆积平台、纵向脊、横向脊、堆...     

高速远程崩滑动力学的研究现状及发展趋势

高速远程滑坡具有体积大、速度高、运动距离远等特点,严重威胁着山区居民生命安全和重大工程建设。滑坡的碎屑化作用是滑坡高速运动过程中非常普遍且十分重要的现象,是滑体运动与堆积过程中特殊内部结构形成的前提条件,也被认为是可能促进高速远程滑坡超强流动性的物理力学机理。尽管滑坡碎屑化机制已经成为滑坡动力学机理研究的热点科学问题,然而对于滑坡碎屑化过程是促进滑坡运动还是阻碍滑坡运动,目前仍存在极大的争议,争议的焦点在于岩石破碎本身是耗能过程,如何能促进滑坡整体的远程运动？本文首先详细总结高速远程滑坡碎屑化作用的沉积学特征,包括反粒序、拼贴构造和局部剪切带等碎屑化堆积结构特征方面的研究,论述这些碎屑化沉积结构对于滑坡动力学的指示;其次,讨论与分析了滑坡碎屑化过程的影响因素、碎屑化过程的减阻机制研究进展;最后,归纳并阐述了高速远程滑坡动力破碎耗能和滑坡减阻这一争议性问题,提出今后高速远程滑坡碎屑化运动机理研究所面临的关键科学问题。     

天然土石坝稳定性初步研究

具有较低强度、较高脆性和良好水稳性的岩石相似材料是在物理模型实验中重现滑坡-碎屑流成坝与溃坝全过程的关键条件之一,然而目前却极少有合适的岩石相似材料能够用于该过程的物理模拟,因此,本文以重晶石和钙砂为骨料,以石膏和硅酸钠为胶结剂,以羧甲基纤维素钠和甘油为辅助添加剂,并拌合一定的水进行岩石相似材料的配比实验。采用控制变量法研究了骨胶比、重砂比、硅膏比、羧甲基纤维素钠含量和拌合水量5种因素对相似材料物理力学性质的影响,初步探究了硅酸钠控制岩石相似材料水稳性的机理。实验结果表明：骨胶比主要控制弹性模量;重砂比对内摩擦角有较大影响;硅膏比控制水稳系数;羧甲基纤维素钠含量控制内摩擦角;拌合水量控制黏聚力和单轴抗压强度。硅酸钠在提高材料水稳性方面起到化学胶结作用、填充作用和骨架作用,是控制相似材料水稳性的关键因素。结合实验结果和理论分析,本文配制的相似材料具备较低强度、较高脆性和良好的水稳性,为在1︰400~1︰800的实验尺度下实现滑坡-碎屑流成坝溃坝全过程物理模型实验奠定基础。     

高速远程滑坡滑震研究述评

高速运动的滑坡体与下伏不平顺运动路径间的强烈动力相互作用将产生地震波,即滑震。滑震作为一种独特的研究视角,可为高速远程滑坡运动特征的研究提供前所未有的细节化体现和无与伦比的定量化数据支撑。通过对国内外已有研究成果的归纳梳理,对高速远程滑坡滑震研究的发展过程和研究现状进行了概略性述评：首先,对滑震相关研究近百年来的历史进程和发展趋势进行了归纳;其次,通过对比不同运动行为产生滑震信号的过程,阐述了滑震波的典型信号特征;进一步地,基于不同频段的滑震信号特征,从高速远程滑坡基本特征识别、高速远程滑坡运动学过程和运动特征推演等方面,对现有研究成果进行了述评,探讨了滑震手段推进高速远程滑坡动力学研究的重要贡献和巨大潜力;在此基础上,从滑震数据库的建立和完善、滑震波动机理理论模型的优化与发展、滑震波与滑坡接触力的耦合分析以及多学科交叉融合4个方面对下一步的研究工作进行了讨论和展望。     

碎屑流撞击地面的震动信号特征分析

崩塌、滑坡等自然灾害突发性强、时间跨度短,难以做到实时监测及快速的动力学过程分析。滑震信号监测技术较好地弥补这一缺陷。通过滑震信号的分析可快速获取崩塌、滑坡的基本特征,如规模、持续时间和动力学过程等。本文进行了碎屑流撞击地面的物理模型实验,通过分析实验过程所记录的滑震信号,研究了碎屑流初始条件、运动特征与滑震特征参数的相关关系。实验结果表明：(1)随着碎屑体体积的逐渐增大,监测信号的带宽逐渐减小;(2)随着碎屑体体积的逐渐增大,监测信号的峰值及持续时间、阿里亚斯强度和震动能量逐渐增大,相关性强;(3)碎屑体撞击的震动能与势能损失之比在3.09×10^-2到7.2×10^-1之间,且随着碎屑体体积的增大,震动能与势能损失之比逐渐增大。本文建立了滑震特征参数与碎屑流初始条件及运动学参数之间的关系,为山区崩滑灾害事件的监测与应急响应提供了一定的理论依据。     

碎屑集合体撞击与停积过程的运动学特征研究

青藏高原高山峡谷区常发育崩滑碎屑流,这种灾害具有发育边坡高陡、碎屑流高能且坡脚撞击剧烈等特点。为了解这种碎屑流的运动规律及其堆积特征,设计并建立了自由下落的碎屑集合体撞击与停积过程的模型实验装置。考虑撞击过程对碎屑流运动和堆积的影响,获取不同粒径大小、体积、下落高度条件下,碎屑集合体的运动与堆积图像和定量化数据,并据此观察分析碎屑流的运动规律和堆积特征。主要结论如下:（1）碎屑集合体底部首先撞击地面,随后颗粒挤压形成剪切面,颗粒在剪切面上进行扩散运动并最终堆积。（2）撞击阶段,颗粒之间显著的动量传递作用致使碎屑集合体前缘颗粒运动速度较快、距离更远,并产生离散堆积现象。（3）自堆积重心至边缘,碎屑集合体的堆积厚度逐渐减小;堆积形态在运动初期呈近圆形,最终形态呈近菱形;运动中的力学过程导致出现横向脊和X型共轭脊现象。（4）碎屑集合体的粒径越小,体积越大,其主体运动距离、主体覆盖面积越大以及运动速度越快;体积与最大堆积厚度呈正相关关系;下落高度越小,其最大堆积厚度越大,运动速度越慢,与主体覆盖面积大体上呈负相关关系。（5）体积条件对碎屑集合体的堆积特征影响最大,粒径大小其次,下落高度影响最小。该研究可为川藏铁路沿线的工程结构设计及碎屑流的防治工作提供理论基础。