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泥石流运动规律及其冲击性能对于泥石流灾害的影响范围及严重程度具有重要决定意义。出于泥石流这类多相介质的复杂性,本文采用离散元仿真软件EDEM 2018对碎屑流冲击流槽试验进行了数值模拟研究,考虑流槽坡度、底部拦挡结构角度以及颗粒级配的影响,在已有研究成果的基础上对固体颗粒运动过程及冲击性能展开了系统研究。本文将数值模拟结果与现存试验数据进行了对比分析,验证了数值模拟方法的可靠性,在此基础上得出了以下结论:(1)在拦挡结构角度与颗粒级配相同的情况下,流槽坡度越大,对应的碎屑流运动速度与冲击力的峰值也越大;(2)在流槽坡度与级配相同的情况下,拦挡结构越陡,与其相互作用的固体颗粒数量越多,碎屑流越快达到速度和冲击力峰值,且对应的速度与冲击力峰值也越大;(3)在运动过程中,各颗粒级配的碎屑流均出现反序现象,且细颗粒含量的提升可提高碎屑流运动速度,但同时冲击力降低,而粗颗粒含量的提升可增大碎屑流对拦挡结构的冲击力,对于运动速度的影响较小。 相似文献
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滑坡碎屑流对拦挡结构的直接冲击常产生较高的峰值冲击力和冲击能量,导致结构发生破坏而失效;而导引结构通过改变碎屑流的运动路径,可减缓其冲击效应,提高结构抗冲击能力。文章运用三维离散元模拟软件,结合室内休止角试验的结果,校准数值模拟参数,以三种不同导引结构(凹型圆弧、直线型、凸型圆弧)为变量进行数值模拟分析。研究结果表明:凹型圆弧结构B1可以有效地将碎屑流颗粒的冲击力进行转化,结构所受的法向力最小,切向力最大,对颗粒的导引作用最大。经过三种不同导引结构后,颗粒与滑槽之间的碰撞和摩擦是导致颗粒动能减小的主要原因;而三种不同导引结构对颗粒动能的耗散效果无显著差异。导引结构的作用对于颗粒堆积体积分布有显著的影响,主要影响区是靠近坡脚处,对导引结构之后的堆积区域的颗粒体积分布影响不显著。通过对冲击效应和堆积特性的研究,得到凹型圆弧结构形式最优,可以为碎屑流的防护工程抗冲击设计提供参考。 相似文献
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由坡度和挡墙倾角的改变造成碎屑流冲击力学模型的改变是目前被忽略的问题。在碎屑流冲击倾式拦挡墙物理试验的基础上,利用离散元数值计算方法研究了坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙（墙面与地面的夹角为90°）力学特征的影响,依据死区颗粒堆积特征,流动层颗粒冲击特征以及二者的相互作用特征提出了两种新力学模型：由倾斜冲击挡墙向坡面堆积转变的力学模型和考虑流动层对死区冲切摩擦作用的水平直接冲击力学模型。对不同冲击力学模型进行了验证分析,结果表明：坡度和挡墙倾角改变了死区的堆积特征从而改变了流动层的冲击方向和冲击力大小。当坡度小于40°时,碎屑流流动层首先沿死区上覆面倾斜冲击挡墙,在最大冲击力作用时刻,流动在坡面层状堆积,最大法向冲击合力可按静土压力公式估算。随着坡度的增大,在最大冲击力时刻,流动层颗粒直接冲击挡墙,但由于死区颗粒对流动层颗粒具有摩擦缓冲减速作用,大幅降低了流动层对挡墙的直接冲击力。此时死区对挡墙的作用力主要包括3个部分：流动层沿坡面冲击死区,由死区传递至挡墙的冲击力、流动层对死区的冲切摩擦力以及死区自重的静土压力。死区对挡墙作用力占最大法向冲击合力的比例增大至90%左右。当坡度由40°增大到50°时,在最大法向冲击合力作用时刻,流动层对死区的冲切摩擦力占最大冲击力的比例由15%增大到49%,流动层与死区之间的摩擦系数由滚动摩擦系数转变为静摩擦系数。提出的流动层对死区的冲切摩擦力为碎屑流冲击刚性挡墙力学计算模型提供了新的研究思路。 相似文献
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以高位泥石流、碎屑流区桩梁组合新型拦挡结构为研究对象, 在总结已有桩梁组合结构的基础上, 运用颗粒流分析仿真程序、通用显示动力分析程序分别对碎屑流冲击下单排、多排桩林及桩梁组合结构拦挡效果、不同位置桩梁组合结构拦挡效果对比模拟以及桩梁组合结构受力特征模拟研究, 探讨了拦挡结构阻挡后碎屑流堆积特征和结构应力传递特征。计算结果表明: 碎屑流中较大粒径颗粒与拦挡结构、两侧沟道边界接触形成的桩-巨石力链拦挡效应可有效阻挡、迟滞后续碎屑流运动, 桩梁组合结构桩-巨石力链拦挡效应最佳; 第一排桩和第二排桩之间改流区进一步抑制了碎屑流速度; 桩梁组合结构在设计布置位置时, 一方面要考虑在碎屑流启动、势动转换过程中尽早抑制碎屑流速度, 另一方面仍需重视库容的设计, 谨防跃顶造成部分碎屑流逃逸, 在上述二者之间选择最优解进行位置布置; 碎屑流巨石冲击桩梁组合结构时, 冲击应力将通过连梁分散传递到后排桩, 连系梁两端连接部分的应力几乎达到屈服强度, 需加强配筋。 相似文献
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《地质科技情报》2015,(5)
为了阐明地震滑坡的运动特性并对其进行致灾距的预测,基于遥感影像解译和野外调查数据,借助经验公式法,分析了汶川地震滑坡水平最大运移距离L与前后缘高差H之间的相关性,给出了经验公式;探讨了不同滑坡之间滑程的差异与异常。结果表明:若已知H,可用L=aH+b或L=aHb对总位移进行预测初探;将视摩擦系数H/L=0.45作为汶川地震高速远程型滑坡的上限较合适;滑坡体积、源区破裂面积与L呈正相关,与H/L呈负相关;地震滑坡易发生在山脊线平行于断裂带、垂直于地震波传播方向的山体两侧;崩塌型滑坡易发前后缘高差范围在10~100m之间,大型高速远程型滑坡易发前后缘高差大于200m;滑坡源区易发坡度分布在25°~51°之间,滑床坡降变化范围为0~58°,高速远程型滑坡的滑床坡降主要在8°~20°之间;分析认为滑程差异和异常是距离效应、能量传递与岩体挡板效应、滚动润滑与气垫效应、体积与破裂面积效应、地质因子、地形因子、颗粒级配与颗粒流效应等因素综合作用的结果,考虑上述因素有益于滑坡-碎屑流致灾距的预测分析。 相似文献
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滑坡碎屑流的能量演化机制涉及复杂的碰撞、摩擦和能量转化,对滑坡灾害的防治具有重要意义。以四川省三溪村滑坡为例,采用离散元法建模,研究了不同土颗粒粒径下滑坡的运动堆积特征、能量演化过程及其对建筑物的影响。结果表明,在不同粒径条件下,滑坡的堆积特征变化不大,但它们对能量转换和建筑物的冲击力有显著的影响。粒径越大,滑坡启动速度越快,峰值动能速度越高,碰撞耗散能量越大,摩擦耗散能量越少。粗粒土中颗粒间距越大,颗粒间的碰撞效应越明显,有利于能量传递,因此,对房屋的冲击力越大。因此,在模拟过程中不能忽视颗粒粒径对滑坡碎屑流动力学特征的影响。这些研究结果揭示了不同粒径土粒在滑坡运动过程中的能量演化机制,为能量演化对建筑冲击的影响提供了初步的认识,可为滑坡碎屑流的防治提供指导依据。 相似文献
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滑体的运动速度、堆积形态、冲击力等因素决定了碎屑流的致灾程度。滑源区不同岩性特征和结构分布的差异导致了滑体粒序分布和颗粒粒径的差异。在运动过程中产生的碰撞、摩擦、跳跃,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。在物理模型试验的基础上,运用三维离散元软件PFC3D,探究滑源区粒序分布及颗粒粒径对滑体运动速度、堆积形态、冲击力的影响。研究结果表明:碎屑流中各粒径颗粒的平均速度受颗粒粒径及滑源区初始粒序的共同影响,且初始粒序对各颗粒平均速度影响更大;在堆积形态方面,粒径大小对厚度方向上的粒序排布影响较大,而滑源区粒序分布对单种颗粒的堆积形态影响较大;在颗粒分选作用下,颗粒粒径成为控制峰值冲击力的主要因素,而滑源区粒序分布则通过决定滑体堆积形态控制了准静态堆积阶段碎屑流的冲击力。 相似文献
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为定量模拟文家沟高速远程滑坡-碎屑流运动过程中所产生的超前冲击气浪的分布和变化规律,采用计算流体力学软件FLUENT,通过用户自定义接口在滑坡运动的不同阶段分别引入Friction和Voellmy流变模型定义滑坡-碎屑流所受的运动阻力,反演了文家沟高速远程滑坡-碎屑流运动的全过程并与滑坡实际运动特征对比的同时,模拟了其超前冲击气浪的速度和相对压力分布,并对其产生机理进行了分析。结果表明:(1)文家沟滑坡-碎屑流共经历约210 s,碎屑流引起的超前冲击气浪主要分布于其前方、上方和两侧,最大速度约35 m/s,最大相对压强约2.2 k Pa;(2)气浪相对压力峰值出现于近地面处并随高度增加迅速减小,当离地面高度超过600 m时趋近于0;(3)地形起伏对于超前冲击气浪相对压力分布有明显影响;当滑体前方出现陡立壁面时,气浪压力陡升。 相似文献
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滑坡视摩擦系数即最大垂直运动距离H和最大水平运动距离L的比值(H/L)能很好地衡量滑坡的运动能力。作者采用数理统计方法分析了藏东南区滑坡及地震型滑坡中影响因素(滑坡体积V、斜坡角度θ、滑坡最大垂直运动距离H)及试验因素(H/L值)的水平特征,进一步分析了3个影响因素对该试验因素的影响特征,并采用基于连续介质力学法的数值模拟方法,模拟了滑坡运动的时空演化过程。得到以下结论:θ是H/L值的显著影响因素且主要集中在20°~40°。随着θ的减小、V的增大和H的减小,H/L具有减小的趋势。藏东南滑坡H/L值普遍大于地震型滑坡H/L值,地震型滑坡的远程特征显著,地震作用会弱化θ、V、H与H/L值的相关程度。在坡脚附近滑坡的运动速度往往达到峰值,同时坡脚对滑坡的运动具有显著的阻止效应。研究结果对于滑坡运动特征研究及防灾减灾具有一定参考意义。 相似文献
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滑坡运动堆积特征及其冲击强度研究对滑坡风险定量评估具有重要意义。通过对四川乐山市马边滑坡基本特征调查,利用支持向量机模型(SVM)和颗粒流方法(PFC),对滑坡岩土体细观强度参数进行反演和标定,结合UAV数据生成滑坡区高精度DEM,在此基础上,重构马边滑坡三维颗粒流数值模型,模拟并研究滑坡的运动堆积和冲击过程。结果表明:马边滑坡运动时长32 s,主滑时间16 s,运动开始5 s后速度达到峰值,为10.2 m/s;滑坡中后部岩土体运动迹线为直线型,中前部运动迹线成扩散状态,最终呈扇形堆积;滑坡在坡脚处的冲击力可达1.5×109 N,并随着坡脚距的增大,冲击力呈现出指数衰减特征。研究结果与滑坡运动过程实际视频解译结果及堆积现状基本一致,相关研究方法为滑坡定量风险评估提供借鉴。 相似文献
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通过室内模拟冲刷试验系统研究了3°~30°坡度范围内坡面径流的侵蚀动力及产沙特征,分析了坡面径流能耗与径流侵蚀产沙之间的关系。结果表明,坡面径流平均流速随坡度和流量的增加而增大,流速与坡度和流量之间存在指数函数关系,坡度对流速的影响大于流量。在3°~21°坡度范围内,坡面径流单宽能耗随坡度的增加而增加,当坡度超过21°时,径流能耗随坡度的增加而降低。坡度对侵蚀产沙的影响也有类似的现象,在3°~21°坡度范围内,坡面径流平均单宽输沙率随坡度的增加而增大,当坡度达到临界极值21°和24°后,坡面径流平均输沙率随坡度增加而减小;在整个试验坡度范围内,径流平均单宽输沙率随流量的增大而增大;流量对坡面径流平均单宽输沙率的影响大于坡度。坡面径流平均单宽输沙率和单宽径流能耗之间存在明显的线性关系,其临界单宽径流能耗随坡度的增加而增加,土壤可蚀性参数随坡度的变化在10.368~30.366的范围变化,试验的土壤可蚀性的平均值为14.61。 相似文献
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针对淮北地区水土流失问题,利用野外人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(40mm/h、60mm/h和80mm/h)和坡度(5°、10°和15°)条件下砂姜黑土和黄潮土产流产沙差异。结果表明:砂姜黑土初始产流时间长,产流总量小。坡面出现细沟时,砂姜黑土初始含沙量随时间变化有减小趋势,最终趋于稳定,而黄潮土含沙量呈波动变化;60mm/h、80mm/h雨强10°坡砂姜黑土产沙总量大于黄潮土,其他情况黄潮土产沙总量大于砂姜黑土,黄潮土土壤侵蚀严重。砂姜黑土表面细沟发育密度大,主要在坡面中下部,为相互连通的树枝状结构,而黄潮土表面细沟发育密度小,形成沟壑。两种土壤产流总量、产沙总量与坡度、雨强分别呈多元线性函数、多元幂函数关系,雨强对坡面产流产沙总量的影响大于坡度。 相似文献
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东河口滑坡－碎屑流高速远程运移机制探讨 总被引：8，自引：0，他引：8
摘 要 青川东河口滑坡－碎屑流是5.12汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1300m处开始滑动,总滑程约2400m,致使780余人遇难。野外调研结果表明,该滑坡自启动到最终静止,分别经历了滑坡启动阶段、重力加速阶段、圈闭气垫效应飞行阶段、撞击折返阶段及长距离滑动堆积阶段五个重要动力过程,最终抵达下寺河左岸的红花地村并形成堰塞湖。文中通过对该高速远程滑坡－碎屑流的地质背景及形态特征进行剖析认为,东河口滑坡启动区的断层破碎带、局部凸起地形以及力学性质较差的千枚岩、板岩的存在,对该滑坡的启动均有着显著影响;滑坡体在运行一段距离后是否可以继续保持高速远程滑动,除了有利的地形外,滑体滑动路径上坡体堆积物的含水状态是促使该滑坡成为高速远程滑坡碎屑流的重要原因之一。 相似文献
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2013年7月10日发生的四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡滑坡-碎屑流,属于典型的降雨型高位斜向层状岩质滑坡-碎屑流灾害。在前人研究成果梳理和进一步野外调查的基础上,分析总结了五里坡滑坡-碎屑流的成因及演化模式,并对五里坡高位滑坡在降雨作用下的后缘裂隙扩展判据和滑坡启动判据进行了定量计算。研究表明,五里坡滑坡的演化模式为后缘拉张裂隙形成→降雨作用下裂缝开始扩展→动、静水压力联合作用下斜坡沿泥质软弱层滑动→后缘拉裂槽形成→“7?10”强降雨诱发滑坡复活→滑体前缘临空崩落、加速→崩滑体沿沟谷铲刮、运移→堆积停止。从力学角度推导了前期降雨作用下滑体后缘裂缝自动扩展的最小深度、滑坡失稳的临界水头高度和临界降雨强度的计算公式,得出充满水的后缘裂缝在静水压力作用下开始自行扩展的临界深度为11.3 m;后缘裂隙贯通至滑带后,当五里坡斜坡体在后缘裂缝水头高度达到9.8 m时滑坡处于启动的临界状态。 相似文献
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沙漠公路风沙土路基风蚀破坏试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
以沙漠公路风沙土路基为研究对象,通过室内风蚀风洞试验研究路基的风蚀破坏规律,以及路基不同断面对风沙流运动的影响。以路基高度、路基边坡坡率和路基宽度作为路基断面主要设计参数,研究不同路基断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基周围风速流场的变化特征,分析路基病害较未病害时路基周围流场的变化。试验结果表明：路基高度和边坡坡率对风沙流运动的影响较大。随路基高度增加,路基对风沙流流场扰动增强,迎风坡坡顶处吹蚀破坏和背风坡坡底处堆蚀破坏越显著,在确定的路基边坡坡率下,路基模型高度为250 mm较模型高度为60 mm时,迎风坡坡顶风速增加1.13倍,背风坡坡底风速减小2.53倍,建议沙漠公路路基高度宜小于2.5 m。进一步,在确定的路基高度下,比较不同的边坡坡率对路基沿程风速的影响,发现当路基边坡坡率为1:1.75时,路基沿程风速变化不明显,沙漠公路风沙土路基不宜被风蚀破坏。 相似文献
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Variational Laws of Debris Flow Impact Force on the Check Dam Surface Based on Orthogonal Experiment Design 总被引：2，自引：0，他引：2
Debris flow impact force is an important factor for controlling structural damage, and it is the key factor for engineering design and risk assessment. Variation laws of debris flow impact force play an important role in preventing check dam impact damage and providing technology, data and support for check dam construction. Many influencing factors exist in debris flow impact force with different influencing magnitudes. The three main factors, i.e. the debris flow bulk density, the drainage channel slope and the upstream surface gradient of the check dam, were selected to be analyzed. The purpose of the study was to analyze the influencing degree of the three factors. Three levels were set for each factor and nine text schemes were established based on the theory of orthogonal experimental design. What is more, the related miniaturized flume experiment was carried out to measure impact force of debris flow. Finally, taking the impact force mean values of key point as the evaluation index, the flume experiment results were analyzed in detail by extreme difference analysis and variance analysis. Research results indicate: among the three factors, the drainage channel slope has the most significant influence, the upstream surface gradient of the check dam is in the second place and the debris flow slurry density is the third. The form of impact force mean with the maximum value: the drainage channel slope is 15°, the debris flow bulk density is 18.1 kN/m3 and the upstream surface gradient of the check dam is 1:0. 相似文献
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从导致土壤侵蚀的降雨和径流能量出发,提出了基于物理学原理的降雨能和径流能的概念,并采用人工模拟降雨实验,分析了泥沙输移与降雨和径流能的关系,结果显示:坡面薄层径流泥沙剥蚀量随着地表坡度、降雨能和径流能的增加而增加,雨滴击溅作用下泥沙剥蚀量远远大于无雨滴击溅作用时泥沙剥蚀量;薄层水流泥沙浓度随着坡度和降雨能的增加而增加,当坡度和降雨能一定时,泥沙浓度随着径流能的增加而减小;降雨扰动系数与降雨和径流能的比值按照对数关系增长,在相同坡度下,当降雨能一定时,降雨扰动系数随着径流能的增加而减小,当径流能一定时,降雨扰动系数随着降雨能的增加而增加。降雨能是导致泥沙剥离的本质,径流能是泥沙搬运的动力。 相似文献