二维条件下颗粒柱体崩塌入水堆积过程

在我国西南地区,以塔柱状危岩体崩塌为扰动源的涌浪次生灾害时有发生。涌浪特征与其扰动源的初始形状和破坏模式关系密切,塔柱状危岩体由下至上、空中崩解的破坏模式与颗粒柱体崩塌相似。区别于以往多试验采用的刚体材料和利用运动距离获得初始动力状态的涌浪试验,本研究设计并进行了不同高度和宽度的颗粒柱体在不同水深下自然崩塌的物理模型试验。运用PIV技术分析了颗粒体及水体的运动特征,按颗粒体与水体的相互作用关系将整个过程大致分为了3个阶段,并研究了颗粒柱体初始形态对试验结果的影响。结果表明,颗粒柱体崩塌后的残余体积受颗粒体初始形态影响较大,水深对其影响较小。涌浪产生早期,首浪位置与颗粒运动位置有着良好的对应关系;而后,两者的位置逐渐拉开。颗粒柱体高度越高,首浪最大波高出现时的位置与崩塌颗粒群前端位置的差值越大。这可能与流固相互作用后期水体流速大于颗粒流动速度有关。试验产生的涌浪大多具有完整波形,这与柱状颗粒体的散体性及其覆盖堆积特征对水体的作用呈不均匀性有关。涌浪传播过程中,水体在z方向上抬升幅度具有一定的渐变性。试验分析结果揭示了柱状危岩体引发涌浪的机制特点,为涌浪灾害防治提供了基础资料。

柱状危岩体崩塌产生涌浪的物理试验与数值模拟分析

柱状危岩体是三峡库区常见的一种典型地质灾害隐患,其崩塌产生涌浪给库区航运、旅游、生产生活以及人员财产造成巨大威胁和损害。文章基于野外柱状危岩体的成生及运动边界条件,开展了颗粒柱体崩塌产生涌浪的物理试验和数值模拟。结果表明:该数值模型能较好地模拟崩塌涌浪的形成过程、矢量信息以及与水体的相互作用;速度曲线定量地展示了能量的传递;物理试验和数值模拟涌浪高度偏差约3~4 cm;数值模拟堆积区堆积角比物理试验大5%;比前缘运动距离小7%。为柱状危岩体崩塌产生涌浪灾害的预测和预警提供了重要依据。

柱状岩体崩塌动力特征与破碎规律——以重庆甑子岩崩塌为例

柱状岩体崩塌具有分布范围广、破坏能力强、影响范围大的特点。2004年8月12号,重庆甑子岩W12危岩体发生崩塌,崩塌体运动距离约600 m,形成显著超前空气冲击效应,激起浮尘高度约150 m。文章基于MatDEM离散元软件对甑子岩崩塌动力特征与破碎规律进行了研究,建立了按照实际节理分布的崩塌模型,实现了崩塌全过程的模拟,并结合影像资料验证了模型的有效性,在此基础上对MatDEM进行二次开发,统计分析了崩塌过程中岩块粒径演化规律,确定了崩塌过程中的四个显著颗粒破碎时刻,分别为崩塌源区底部岩体受压破碎、中上部岩体撞击低速三角区、中部岩体撞击斜坡地面与上部岩体撞击斜坡地面。引入分形维数与双参数Weibull分布模型分析了崩塌前后颗粒破碎规律,结果显示崩塌后颗粒破碎明显,细粒颗粒占比显著增加。文章为岩体崩塌的动力特征与破碎规律的研究提供了依据。

基于粒子图像测速技术的滑坡-涌浪两相运动分析系统

滑坡-涌浪灾害威胁沿河两岸居民生产生活安全和航道安全。当前尚缺乏同步提供流固两相运动矢量的相关物理试验分析系统,以深刻分析滑坡-涌浪产生机制。文章提出了基于流固两相识别的粒子图像测速(PIV)技术和试验实现方法。利用2560×1024像素的工业相机,该PIV技术可实现在3 m×1.5 m视窗下最小1.17 mm的空间分辨率和0.01 s内最小0.117 m/s的观测速度。同时,提出了与该系统方法有关的误差来源和克服相关问题的解决方法。利用相关硬件设施示范性构建了滑坡-涌浪两相运动观测平台,并编制了专门的解算软件。对三维柱体颗粒崩塌、二维柱体颗粒崩塌及其涌浪和水下崩塌-涌浪进行了展示性试验,取得了良好效果。该系统可以揭示广泛的岩土体及水体运动全过程,具有很好的应用前景;将为滑坡-涌浪及相关动力学领域研究提供强有力的研究工具。