基于物理模型试验的碎屑流流态化运动特征分析

流态化运动是高速远程滑坡的主要运动形式,是揭示高速远程滑坡运动机理的重要基础。基于粒子图像测速(PIV)分析方法,采用物理模型试验对不同粒径组成条件下的颗粒流内部的速度分布、剪切变形及流态特征进行了研究,并对高速远程滑坡流态化运动特征进行了讨论分析。结果表明:碎屑流流态化运动特征与颗粒粒径呈显著的相关性,随着粒径的减小或细颗粒含量的增加,颗粒流底部相对于边界的滑动速度以及整体的运动速度均呈逐渐减小的趋势,颗粒流内部剪切变形程度增加,颗粒的运动形式由“滑动”向“流动”转变;当颗粒粒径较小或细颗粒含量较高时,颗粒流内部剪切速率增大的趋势在颗粒流底部更加显著,反映了粒径减小有助于促进颗粒流内部剪切向底部的集中;在同一颗粒流的不同运动阶段及不同纵向深度,其流态特征具有显著差别,颗粒流前缘及尾部主要呈惯性态,颗粒间以碰撞作用为主,而主体部分则主要呈密集态,颗粒间以摩擦接触作用为主;在颗粒流表面及底部,颗粒间相互作用方式主要是碰撞作用,中间部分则以摩擦作用为主;对于不同粒径的颗粒流,随着粒径的增大或粗颗粒含量的增加,颗粒流内部颗粒的碰撞作用加强,颗粒流整体趋于向惯性态转变。

基于数字图像处理的颗粒流厚度动态提取方法研究

颗粒流厚度及其演化趋势是碎屑流物理模型试验中重点关注的要素。目前试验中颗粒流厚度的监测主要有传感器监测、机械原件测量、人工测读等方法。随着计算机跨学科的应用及计算机数字图像处理技术的成熟,越来越多的数字图像处理技术被应用于工程地质领域。以颗粒流斜槽试验为依托,基于自适应中值滤波、图像二值化、图像腐蚀及种子填充等数字图像处理方法,对高速相机所采集的颗粒流图像序列进行处理分析并编制了相关程序,实现了连续提取颗粒流运动过程中的厚度值。分析结果表明:基于数字图像处理方法提取的颗粒流厚度在颗粒流主体区段与实测厚度值相吻合,在颗粒流尾部由于颗粒离散会存在一定的偏差,主要是由于部分三维空间中的颗粒在二维图像中呈现出重叠的形式,造成颗粒连续的假象。总体而言,通过该方法获取的颗粒流厚度值在一定条件下具有较高的精度,相比于其他方法具有效率高、获取参数多、采样频率高、扰动低等优势,可作为颗粒流试验中流态参数动态获取的常规方法之一。