地震作用下泥石流源区砾石土体强度的衰减实验

泥石流源区广泛分布着砾石土,从野外观察分析和理论计算可知,泥石流源区产流是由于土体强度降低的结果。经已往研究发现,地震作用产生的振动经常导致泥石流的发生,世界上许多地震活动带,同时也是泥石流活动带,这种分布的关联性使我们有理由推断地震的作用会使泥石流源区的砾石土体强度降低,导致土源大量激发,促进泥石流的暴发。基于这样的分析,利用土动三轴剪力仪,取泥石流源区的砾石土作为实验对象,以砾石土的含水量,土体的深度(围压),土体的破坏标准和地震的震级(振动周次)为变量,取土体的粘聚力c、有效粘聚力c、土体的摩擦角j 和有效摩擦角j 作为土体强度衡量的指标进行实验。实验结果表明在地震作用下,土体的c值和c值,随含水量的增加先是增加而后降低,其最大值时饱和度达84%左右。随着振动强度的增加,土体的粘聚力c、有效粘聚力c 逐渐减小,高含水土体的c值在足够的振动强度条件下可以降为0。随着含水量的增加,j 和j 值逐渐降低,但j 值仅当饱和土体在强烈振动作用下会降低到0。一般地,土体的内摩擦角j,总是随着振动周次的增加而减低,但减低的幅度较小;而有效内摩擦角j 值的变化相对较复杂,在低地震强度(振动周次20周以下)的作用下,其值随着振动周次(震级)的增加有较小的降低。

泥石流源区典型草本植物根系抗拉试验

植被对于泥石流源区的生态修复和物源稳定具有重要意义,其中植物根系的抗拉力学特性是影响植物护坡的主要因素之一。为了探究泥石流源区植物根系的抗拉特性,以都江堰市锅圈岩泥石流源区为研究区,在野外调查的基础上,通过重要值计算确定了源区典型草本植物并进行抗拉强度试验。研究表明,锅圈岩泥石流源区主要分布有寒芒、节节草等对恶劣环境适应性强的乡土植物,它们的根系平均分布深度在30 cm以内;根系抗拉力与根径呈幂函数正相关关系,抗拉力随根径的增大而增大。当根径>0.50 mm时,抗拉强度与根径也表现出幂函数关系;当根径<0.50 mm时,部分植物根系的抗拉强度值波动较大。不同植物根系的平均抗拉强度从大到小依次为铁杆蒿(106.24 MPa)、节节草(非节点处,30.79 MPa)、草地早熟禾(28.69 MPa)、小飞蓬(20.20 MPa)、多头苦荬(18.77 MPa)、寒芒(老根,14.87 MPa)、节节草(节点处,12.67 MPa)、寒芒(新根,8.29 MPa)。泥石流源区草本植物的根系抗拉力学特性良好,对稳固浅层土体和泥石流物源有积极作用。

泥石流源区新银合欢林地土壤微团聚体分形特征

采用统计分析手段研究了泥石流源区新银合欢林土壤微团聚体分形特征及其与土壤养分之间的关系。结果表明:土壤微团聚体分形维数随土层深度的增加呈现出增加趋势,0-40cm土层尤其明显;大粒径微团聚体(>0.02mm)构成土壤微结构的主体;0.02mm粒径可作为土壤微团聚体分形维数的临界值,大于这一粒径的微团聚体含量越多,土壤微团聚体分维值越小,反之,分维值越大。土壤微团聚体分形维数与土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾呈显著负相关,这说明土壤微团聚体分形维数能够客观地表征本区新银合欢林土壤肥力状况,从而为抑灾林管理提供依据。

泥石流源区新银合欢细根质量动态与垂直分布特征

以中国科学院东川泥石流观测站人工林中3、5、9、14和20年生新银合欢为研究对象,采用分层挖掘法对距树干1.0 m处细根质量动态与细根质量密度分布进行研究。结果表明：新银合欢细根质量在相同范围剖面中并非随树龄的增加而单一增大,而是先减小后增大;不同树龄细根质量密度最大值都出现在0~20 cm土层,呈现出明显的表聚特征,但随树龄的增加,根系集中化特征减弱,表现为向深层化扩张、均匀化方向发展;细根质量密度与土层深度相关性关系明显,垂直分布特征遵循指数函数分布,其中根径D≤2 mm细根在细根分布特征中起主导作用,而2 mm〈D≤5 mm细根对细根分布特性影响不大。研究结果可为生物措施防治泥石流提供重要依据。

泥石流源区弱固结砾石土的渗透规律

泥石流源区砾石土的渗透过程是泥石流形成全过程中不可缺少的一个子过程 ,该研究对泥石流形成规律的认识和对泥石流汇流计算具有重要的意义。为此 ,笔者与日本学者一道选择蒋家沟支沟———大凹子沟的弱固结坡积物坡面做径流产流实验 ,实验区面积 40 0 0cm2 ,实验用可控的头降雨 ,通过接收和量取超渗产流的量 ,判断土体是否达到稳定下渗 ,得出初始下渗率为 0 5 5mm/min ,参数 β为 0 5 6。通过下渗率与时间关系的曲线描述 ,建立泥石流源区砾石土的渗透方程 ,该方程可用物分析泥石流源区激发雨量过程的渗透规律 ,同时揭示泥石流源区产流过程地表径流的形成机理及其与流体的产生及流量的关系。通过大凹子沟 1994- 0 6 - 15～ 16日的降雨资料可计算出超渗产流为 0 415mm/min ,其总流量占泥石流总流量的 17 8%。

泥石流源区崩滑土体粒度特征及其产沙特性

泥石流形成与崩滑土体的存在密切相关,大量崩滑土体堆积在泥石流源区,为泥石流形成提供了丰富的固体物质。通过对云南东川蒋家沟泥石流源区崩滑土体的粒度特征分析,探讨了源区崩滑土体粒度特征与泥石流颗粒组成的关系。结果表明,源区崩滑土体和泥石流机械组成相似,粒度分布主要为单峰分布,说明泥石流粒度组成继承了源区崩滑土体的性质。同时对源区崩滑土样进行室内小型水槽冲刷实验,研究其产沙特性,分析表明:一定流量的径流冲刷作用下,崩滑土体的产沙过程满足关系式y=a+bt-1+ct-2,土体的抗冲系数k与大于2 mm的砾石含量和小于0.005 mm的黏粒含量相关,呈现出分别随着二者含量的增加而先增大后减小的变化趋势。