偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流运动速度与颗粒分布的试验研究

滑坡-碎屑流在行进中受到侧向地形约束与挤压,运动方向发生偏转,侧蚀、侧向冲击或掩埋原低风险分区内的建筑结构。偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流致灾参数分布演化特征及过程,包括运动速度、堆积分布、颗粒分选等的分析与反演是有效防控此类地质灾害的前提与基础。前期滑坡-碎屑流模型试验较少考虑其在受地形偏转作用影响下的运动特征,结果与实际观测不符。本文以典型滑坡碎屑流为原型,改进模型试验装置,采用物理模型试验,探究偏转点前后碎屑流运动速度和颗粒分布变化。研究结果表明:(1)碎屑流的运动速度在偏转点显著下降,并在偏转点后急剧增加并达到峰值,呈现出急加速、波动加速、地形偏转作用导致的速度剧烈下降、运动堆积区的逐渐下降、堆积停滞区的快速下降五个变化阶段。(2)滑坡碎屑流最大堆积厚度位于偏转点之后。(3)碎屑流大、小颗粒在堆积体表层、下层的质量占比分别为50.7%、65.1%,呈现明显的颗粒分选特征。在沿碎屑流运动的纵向和横向方向上,不同粒径的质量占比在偏转点附近与初始状态一致。沿纵向方向上,大颗粒质量占比呈现短距离减小分布,而后随运动距离的增加,质量占比增大,由初始状态的28.3%增大到49.6%;而小颗粒的质量占比则呈现先增加后减小的分布特征,由初始状态的44.0%减小到23.5%;在横向方向上,两侧大颗粒的质量占比大于中部,而小颗粒则相反。研究结果可以为受偏转地形作用的滑坡-碎屑流致灾参数演化和灾害防御提供参考。

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。

滑坡碎屑流颗粒级配及地形偏转对其冲击和堆积过程的影响研究

滑坡碎屑流具有大规模、远程高速的特点,滑坡碎屑流在运动过程中会途经各种地形条件,受到场地一定的偏转作用和拦挡作用。通过分析不同颗粒级配和地形偏转对滑坡碎屑流的运动堆积的影响,以及滑坡碎屑流颗粒冲击过程中的能量交换和接触作用力及冲击过后的堆积形态,从而为滑坡碎屑流灾害的防治提供参考建议。运用离散元软件,构建4种三维偏转滑槽模型,以及搭配的3种颗粒级配进行数值模拟,来研究不同地形偏转和颗粒级配对滑坡碎屑流运动堆积过程的影响。研究结果表明:在碎屑流运动过程的碰撞减速阶段,细颗粒组的颗粒运动速度,平均动能以及平均势能(交汇点前)与其他颗粒组相比均为最小,随着地形偏转角度的增加,颗粒运动速度,平均动能以及平均势能均为逐渐增加,其平均速度的衰减速率减小。飞出转角处场地的颗粒质量与地形偏转角α总是成线性关系,且拟合程度较高。动态冲击阶段,细颗粒组和60°场地偏转角的冲击力峰值最小,细颗粒的含量的增加和场地偏转角的增加对碎屑流颗粒的冲击力的抑制作用增强。颗粒级配对滑坡碎屑流的最终堆积形态影响较小,随着地形偏转度的增加,堆积体分布在底部的面积增加,堆积体的反序结构发育程度增强,对滑坡碎屑流的最终堆积形态有较大影响。