近年來泥石流災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生,特別是大型泥石流災(zāi)害對(duì)人民生命安全和大型生命線工程造成了嚴(yán)重危害。泥石流的起動(dòng)條件對(duì)泥石流預(yù)報(bào)和評(píng)估具有重要的意義,然而泥石流的起動(dòng)條件相比于泥石流的動(dòng)力過程的研究還很不成熟。由于近年來大型碎屑流災(zāi)害也經(jīng)常被歸類為泥石流,因此本文關(guān)注的泥石流為廣義意義上的泥石流,包括傳統(tǒng)泥石流和碎屑流。泥石流的起動(dòng)是顆粒堆積體在流動(dòng)和其他外力作用下的失穩(wěn)過程,本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和一定的理論分析對(duì)泥石流起動(dòng)問題開展了研究。本文設(shè)計(jì)并搭建了一個(gè)旋轉(zhuǎn)斜槽試驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、水流系統(tǒng)等子系統(tǒng),用于研究泥石流的起動(dòng)條件。研究?jī)?nèi)容分為兩部分:斜槽泥石流流動(dòng)試驗(yàn)研究、水流作用下泥石流起動(dòng)試驗(yàn)研究。斜槽泥石流流動(dòng)試驗(yàn)研究了無水條件下泥石流起動(dòng)模式,表征無水條件下泥石流運(yùn)動(dòng)特征,分析堆積體表層顆粒受力關(guān)系。水流作用下泥石流起動(dòng)試驗(yàn)研究了水流作用下顆粒堆積運(yùn)動(dòng)特征,表征斜槽堆積體內(nèi)部滲流特性,量化研究了水流對(duì)堆積體流動(dòng)的影響。通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),本文得到以下幾條結(jié)論:1、斜槽泥石流流動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)堆積結(jié)構(gòu)、粒徑、顆粒配比對(duì)泥石流起動(dòng)存在較大影響:1)斜槽內(nèi)顆粒粒徑越小,休止角越大時(shí),... 

【文章來源】：中央民族大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２泥石流分類??

必須了解泥石流起動(dòng)過程。??（１）孕育過程??泥石流起動(dòng)涉及兩種液相運(yùn)動(dòng)：滲流及徑流沖刷。圖１－３對(duì)兩種運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了初??步描述。滲流運(yùn)動(dòng)可概括為雨水浸潤(rùn)堆積體的過程，雨水進(jìn)入堆積體后一部分被土體基??質(zhì)吸收；另一部分在土體骨架中流動(dòng)［１２，１３］。??初始階段雨水沿顆粒堆積體內(nèi)部孔隙下滲，孔隙水在顆粒表層形成水膜，對(duì)堆積體??有潤(rùn)滑作用使其抗剪強(qiáng)度降低。堆體上層中的細(xì)顆粒隨滲流運(yùn)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)堆積體??內(nèi)土體基質(zhì)不斷吸收雨水漿體化。土體內(nèi)部氣體被困于孔隙結(jié)構(gòu)及水膜組成的封閉區(qū)域??內(nèi)，漿體體積膨脹使顆粒間的骨架結(jié)構(gòu)變松散，也降低了細(xì)顆粒向下的傳輸速度。隨雨??水持續(xù)增加，土體基質(zhì)的吸水性逐漸下降，上層堆體浸水性大于下層堆體排放速率，堆??體上層的孔隙水壓力不斷變大形成超孔隙水壓，使得堆積結(jié)構(gòu)變得松散，飽和的土體基??質(zhì)在超孔隙壓作用下，沿斜面做切向運(yùn)動(dòng)，流失過程給顆粒骨架造成極大破壞作用，與??此同時(shí)隨著土體液化流失，土體上層堵塞的細(xì)顆粒逐漸下沉，導(dǎo)致上層堆體中的顆粒骨??架間的空隙變大，大顆粒逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)然后再堆積使得孔隙率變小，下層骨架注入??細(xì)顆粒后孔隙率變低，因此孔隙水壓持續(xù)變大。最終從土體流失轉(zhuǎn)化為泥石流起動(dòng)。根??據(jù)上述對(duì)滲流作用的描述可知，隨顆粒堆積體含水率升高，堆體穩(wěn)定性逐漸降低［１４１，達(dá)??到臨界含水量時(shí)泥石流起動(dòng)［１５］。含水量由孔隙率及堆體物質(zhì)組成決定ｔ１６Ｌ??降甭??圖１－３泥石流起動(dòng)示意圖??６??

２、隨機(jī)振動(dòng)篩機(jī)制Ｍｌ，顆粒堆體內(nèi)部通過力鏈結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)態(tài)，粗顆粒構(gòu)成強(qiáng)力鏈??網(wǎng)，細(xì)顆粒構(gòu)成雜亂的弱力鏈。在剪切作用下顆粒層級(jí)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，粗顆粒具備較強(qiáng)??抗剪切能力，顆粒以滾動(dòng)、滑動(dòng)方式改變強(qiáng)力鏈結(jié)構(gòu)，而細(xì)顆粒構(gòu)成的弱力鏈則容易被??剪切力破壞，細(xì)顆粒借助粗顆�？障断蛳逻\(yùn)動(dòng)。隨機(jī)振動(dòng)篩理論適用于顆粒濃度較大的??中慢速泥石流，顆粒堆體以準(zhǔn)靜態(tài)的方式運(yùn)動(dòng)，切應(yīng)力以摩擦力為主，不考慮顆粒間碰??撞力［４６，４７］，如圖１－６所示。??降雨??降雨?丨?｜??ＩＩ／／?腦徑ＳＫ??地表徑流?＼?１?＾??慣性顆粒流理論隨機(jī)振動(dòng)篩理論??（ａ）慣性顆粒流理論?（ｂ）隨機(jī)振動(dòng)篩理論??圖１－６泥石流分選機(jī)理圖??對(duì)比兩種機(jī)理得知，泥石流分選的兩個(gè)重要影響因素為：坡度、顆粒體積分?jǐn)?shù)［３２，４２］。??坡度直接影響顆粒層堆積穩(wěn)定性及能量轉(zhuǎn)化效率；體積分?jǐn)?shù)對(duì)顆粒間作用方式影響較大，??隨顆粒體積分?jǐn)?shù)増加，顆粒間相互作用由碰撞轉(zhuǎn)化為摩擦，對(duì)應(yīng)不同分選機(jī)理。分選效??應(yīng)不僅能改變堆積結(jié)構(gòu)，更對(duì)泥石流流態(tài)存在重大影響［４８］。??從力學(xué)角度分析：分選作用下龍頭粗顆粒聚集，缺少細(xì)顆粒導(dǎo)致間隙水壓減少，使??得龍頭與坡面摩擦力迅速增大，而龍身龍尾處粗顆粒含量較低，土體流化現(xiàn)象嚴(yán)重，運(yùn)??動(dòng)速度明顯大于龍頭。能量角度分析：泥石流動(dòng)能耗散主要來自于邊界摩擦及顆粒層內(nèi)??摩擦。泥石流運(yùn)動(dòng)初期，分選效果尚不明顯，顆粒堆積體存在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，隨著泥石流運(yùn)??動(dòng)演變，顆粒間的作用方式逐漸以碰撞為主，此種運(yùn)動(dòng)方式沿程消耗的能量遠(yuǎn)小于顆粒??層摩擦耗能。??（２）泥石流流速研究??泥石流按流態(tài)可分為：均勻流、非均勻流。均勻流為粘性泥石流、稀性泥

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于地貌參數(shù)的泥石流溝發(fā)育階段劃分[J]. 趙巖,孟興民,慶豐,劉林通,郭富赟.  災(zāi)害學(xué). 2018(04)
[2]基于網(wǎng)格密度控制的全國(guó)崩塌滑坡泥石流編圖[J]. 尹春榮,李媛,楊旭東,曲雪妍,房浩.  中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào). 2018(04)
[3]溝岸側(cè)蝕對(duì)泥石流不穩(wěn)定動(dòng)力過程的影響[J]. 呂立群,王兆印,崔鵬,徐夢(mèng)珍.  水科學(xué)進(jìn)展. 2018(02)
[4]非均質(zhì)泥石流起動(dòng)判別關(guān)系式[J]. 舒安平,張欣,段國(guó)勝,王澍,師哲.  水利學(xué)報(bào). 2017(07)
[5]泥石流中大顆粒的起動(dòng)與水流條件的關(guān)系[J]. 湯碧輝,孫紅月.  自然災(zāi)害學(xué)報(bào). 2017(03)
[6]地貌學(xué)在泥石流研究中的應(yīng)用與理論初探[J]. 趙巖,孟興民,鄭嬌玉,慶豐.  災(zāi)害學(xué). 2017(01)
[7]泥石流龍頭的形成及特征研究[J]. 王洋,崔鵬,王兆印,梁雙慶.  水利學(xué)報(bào). 2017(04)
[8]泰寧“5·8”地質(zhì)災(zāi)害是滑坡還是泥石流?[J]. 葉清.  廈門科技. 2016(04)
[9]兩相泥石流龍頭的非恒定運(yùn)動(dòng)過程及能量特征[J]. 呂立群,王兆印,崔鵬.  水利學(xué)報(bào). 2016(08)
[10]細(xì)粒含量對(duì)泥石流斜坡失穩(wěn)模式與規(guī)模的影響[J]. 王志兵,李凱,汪稔,胡明鑒.  水利水電科技進(jìn)展. 2016(02)



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