粘性泥石流体的应力应变特性和流速参数的确定

文章从粘性泥石流体的组成,应力应变特性和减阻作用的观测试验入手,揭示了粘性泥石流体运动的阻力特性,探讨了粘性泥石流流速公式中的曼宁糙率系数的表征。粘性泥石流体运动的阻力特性主要与沟槽特征以及泥深和粘附层流变特性有关。根据高、低不同阻力的粘性泥石流浆体的泥砂比,浆体介质的流变参数(ηp、τBf)和体积浓度(Cvf),可获得不同阻力介质状态下统一的阻力糙率系数与它们的相关式,以此来确定曼宁糙率系数。

高浓度黏性泥石流堆积层理结构中筛积层和粗化层形成机理的研究

根据高浓度黏性泥石流的观测资料 ,应用不同类型黏性泥石流的流变特性和流体结构的分类指标—流核比 ,对高浓度黏性泥石流堆积中的混杂层、筛积层和粗化层理结构进行了成因差异分析。侧重分析了砾石质点在高浓度黏性泥石流蠕动流场中作向上垂直运动的魏森伯效应 ,并在表面富集形成了筛积层的成因 ,及其它与粗化层结构的区别。

暴雨泥石流输沙年际变率的旋回性研究──以云南东川蒋家沟泥石流为例

应用云南东川蒋家沟泥石流输沙时序资料，重构了高频率暴雨泥石流输沙年际变率的旋回现象，即周期性，并分析了其周期性变化的成因，为暴雨泥石流灾害的预测研究探索了一条新路．

粘性泥石流体应力本构关系的试验研究

为了能直接测定含有粗颗粒砾石的粘性泥石流体原样的流变特性 ,专门研制了大型泥石流流变仪 ,利用该仪器测试的结果分析研究了粘性泥石流体的应力本构关系。分析研究表明 :粘性泥石流体在低速率区启动初始段 ,颗粒间的作用以接触挤压和滑动摩擦为主 ,其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述 ;在剪切速率区流动剪切段的应力本构关系 ,包含滑动摩擦作用的零次项和反映惯性碰撞的平方项 。

泥石流暴发的应力自组织临界特性

泥石流是一种严重的自然灾害。从广延能量耗散的角度看 ,泥石流暴发的应力演化过程是一种自组织临界过程。斜坡松散碎屑土触变液化系统在暴雨激发下 ,内部不同因子间的相互非线性作用 ,导致斜坡碎屑土自然地朝临界极限应力状态发展 ,最终暴发泥石流。本文以应力的自组织观点 ,分析了泥石流暴发的特性。蒋家沟泥石流的资料显示 ,泥石流规模与频率间存在着幂律关系 ,这说明泥石流活动具有自组织临界的特性。

泥石流源地土体应力应变特性对降雨响应过程的分析--以蒋家沟泥石流为例

根据对蒋家沟泥石流源地的崩塌、滑坡、散流坡,在旱季与雨季不同时段,降雨入渗后的土壤含水状况观测,以及泉水季节性变化,详细分析了泥石流源地崩塌、滑坡、散流坡土体的应力应变特性对降雨的响应过程差异。在雨季滑坡临空面和滑坡体内的土体含水量分别为6.67%、4.8%,滑坡活动主要是通过前缘剪出口崩塌方式补给下方沟床。崩塌体由于土体结构极为松散,在雨季该土体含水量通常高达8.85%～16%,使其土体的抗剪强度(C、φ)处于极限应力状态,一旦遇到降雨浸润和冲刷,迅速触变液化,转化为高浓度泥石流的侵蚀产沙过程。

泥石流启动与渗透系数的相关研究

通过泥石流形成区角砾土渗透系数和入渗过程的研究，探求泥石流启动的降水侵蚀预报模式：Ｈ（Ｋｓ）＝３．２１８×１０－３＋０．０１２５５ｅｃ，ｙ＝０．９８２３，当ｔ值为０．０１水平时，达极显著。９５％置信区间为０．８１０３＜Ｐ＜０．９９９２。以蒋家沟松散土和始发雨强来验证，当Ｒｉ≌Ｋｓ，泥石流源地松散土体容重为１．９５４ｇ／ｃｍ３时，Ｋｓ值为８．０７×１０－３ｍｍ／ｓ，相当于Ｒｉ１０＝４．８４ｍｍ。与蒋家沟前期降水量为０～１０ｍｍ时。

泥石流堆积层理结构的分析研究

应用层理结构的分类指标——流核比 ,对泥石流堆积层理的正粒序、反粒序和混杂粒序等进行成因差异分析。当粘性泥石流体的流核比在 12～ 5 0之间时 ,砾石质点在蠕动流场中作向上垂直运动 ,形成筛积的层理结构。

粘性泥石流应力应变特征的初步试验研究

采用自己最新研制的泥石流流变仪 ,测试自然界活泥石流体的样品 ,发现粘性泥石流体在低速率受剪时具有应力过冲和剪切稀化等特征。这些特征的讨论和认识 。

泥石流土体侵蚀与始发雨量的相关性研究

泥石流土体侵蚀受自重应力和水动力条件的控制与制约。本文通过泥石流饱和土体侵蚀的应力特征和降水入渗的观测实验，揭示了泥石流启动的土体侵蚀过程中始发雨量的主成份作用，定量地探讨了始发雨量与坡度、土体容重等关系。

粘性泥石流体触变应力本构关系的试验研究

为了能直接测定含有粗颗粒砾石的粘性泥石流体原样的流变特性,专门研制了大型泥石流流变仪,利用该仪器测试的结果,分析研究了粘性泥石流体启动的应力本构方程和触变特性的关系。粘性泥石流体在低速率区启动初始阶段,颗粒间的作用以接触挤压和滑动摩擦为主,其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述。粘性泥石流体在剪切"上行"与"下行"曲线环绕的延迟区域的存在,说明该流体具有触变能量,并通过触变能量的计算以及与泥石流运动要素的对比,探讨了粘性泥石流体触变应力本构关系。

泥石流浆体屈服应力综合表达式的研究

根据野外泥石流浆体观测试验分析，通过对不同粒径沙颗粒的甘油沙浆流变试验，以及动摩擦临界浓度（Cvos）和极限浓度(Cvm)的实验研究，导出了反映泥石流浆体结构强度的屈服应力综合表达式，以便为泥石流高浓度、高速运动机理的探讨和泥石流防治工程的设计提供有科学依据的参数．

泥石流体的流变和冲淤特征及其与危险度的关系

从泥石流体流变特性的分析入手,深入地探讨了蒋家沟泥石流阵性流的淤积和冲刷特征。其冲淤变化特征与泥石流体的浓度特性和规模大小的发展过程有很大的关系。根据这些分析,可以将泥石流的危害划分为侵蚀和堆积两大类,并可能进一步完善泥石流危险度的评估。

泥石流堆积模式的试验研究

泥石流的堆积形态和范围是泥石流危险区划分的重要参数，它们不仅与泥石流体浓度（Cvt）、下游流路坡度（Qu）有关，还与流通坡度（Qc）和冲出量有关。本文通过小型水槽试验，求得了泥石流堆积范围与形态比的堆积模式，并根据野外测量的堆积形态进行了泥三流体浓度的计算和验证，该模式可为泥石流防治工程的设计提供有科学依据的参数。

粘性泥石流体阵性流形成机理研究

通过粘性泥石流体阵性流的野外观测 ,和应用最新研制的大型平板旋转式泥石流流变仪测定粘性泥石流体的应力应变特性 ,发现含有砾石的粘性泥石流体启动时具有明显的应力过冲特征。这种应力过冲特征 ,与由粘性介质阻力形变初期的剪切稀化和高浓度粗细颗粒相互挤压的内摩擦力共同组成的泥石流体的应力滞后特性 (抗剪强度 )有关。根据所测定的粘性泥石流体的准静摩擦角、正压力和动摩擦系数 ,通过剪切面上流动坡度的推导与泥石流体启动高度的演算 ,并与粘性泥石流体阵性流观测资料进行对比 ,初步揭示了粘性泥石流体阵性流的形成机理。

不同权重的前期和始发日降雨量与泥石流产沙规模的分析——特大型泥石流灾害发生的思考

通过对特大型泥石流灾害发生的思考,详细分析了蒋家沟1995-1997年43场泥石流暴发的不同权重的前期和始发日降雨量与泥石流产沙规模的关系。分析结果表明:泥石流的产沙规模与不同权重降雨的入渗范围、深度的土体极限应力状态(C、φ、PW)有关。根据不同权重的前期和始发日降雨量与泥石流产沙规模的关系,可以将泥石流分为:土力型(A)和迳流型(B)两大类型。土力型(A)泥石流有24场占总样本的55.81%,而其产沙量却占样本总产沙量的85%。迳流型(B)泥石流有19场占总样本的44.19%,但该类泥石流的产沙量只占样本总产沙量的15%。

极端强降水变化与泥石流侵蚀输沙特征相关性分析--以长江上游小江流域蒋家沟泥石流为例

根据长江上游小江流域蒋家沟泥石流1965—2007年的观测资料与会泽气象站1970—2005年的日降水资料,详细分析了泥石流侵蚀输沙特征与极端强降水变化的相关性。分析结果表明,1990年以来,夏季极端强降水和夏季降水量以显著增加为主要特点,M—K检验表现为显著增加趋势(99%的置信度),1990—2005年的夏季平均极端强降水量比1970—1989年的夏季平均极端强降水量增加57.56 mm。该流域这个特点与蒋家沟泥石流在90年代出现的侵蚀输沙量的大量增加有相当紧密关系。

长江上游蒋家沟泥石流输沙年际变化与降水旋回特征关系

根据小江流域1956～2002年的降水资料，运用Mann—Kendall（M—K）非参数检验法和自相关函数，发现1990代降水呈现显著增加的趋势，其降水年均值比前期年均值增加96．5mm（16．2％）。并结合37a气候变化下的蒋家沟高频率暴雨泥石流输沙量时序观测资料，分析了降雨变化与泥石流输沙量的关系，结果显示1990年代泥石流输沙量有显著增加的趋势，1990年代的年均输沙量比前期（1965～1989年）的年均输沙量多91×10^4m^3／a。反映了暴雨泥石流输沙年际变率对降水年际变化的旧应关系。本文已经初步揭示暴雨泥石流灾害活动年际变化的基本规律，并且为未来暴雨泥石流中、短期时间尺度的预测研究提供一条新路。

泥石流侵蚀过程中应力特征的分析研究──以云南蒋家沟为例

泥石流发生、发展，受构造应力和自重应力及水动力条件的控制和制约。斜坡应力的极限平衡不仅受斜坡坡度的影响，还受临界含水量的控制。故泥石流发生、发展的规模和频率不仅与现代构造运动强度和频率有关，还与斜坡应力的各相关因素有关。

泥石流阵性流和触变唯象模型的探讨

泥石流体的触变性可以较好地展示泥石流的阵性流和冲淤变化机理，泥石流触变滞后环（下降段）具有促进泥石流阵性流产生的作用。本文首次用实验方法探讨了泥石流浆体的触变唯象模型η＝η∞／ｔｃγ＋η∞。该触变模型展示了定态粘度（η）、剪切速率（γ）和滞后环模型参数关系，并与试验结果相吻合。它为泥石流防治提供了确切参数。