八一沟松散堆积体粒度特征研究

八一沟位于地震极重灾区四川省都江堰市龙池镇云华村,历史上多次发生过大规模泥石流。通过对现有的粒度分析方法进行了总结,采用矩法和标度法分析了八一沟内松散堆积体(坡积物、沟床沉积物、泥石流沉积物)的粒度特征,最后对比分析了现有粒度分析方法。结果表明,八一沟上游为泥石流的主要物源和流动区,对颗粒沉积的影响较小,而下游的堆积区则对颗粒级配的改造较大。标度法可以通过幂指函数对松散堆积体的级配进行统一描述,八一沟中上游堆积土体的特征粒径Dc主要分布在10左右,这与该颗粒级配主要形成低密度泥石流的预测和八一沟已发生的泥石流密度(1.7~1.8g/cm3)一致,说明在强降雨条件下,八一沟上游会再次诱发低密度泥石流。因此利用不同的土体粒度分析方法,可以推测松散堆积体的沉积环境及未来的活动特征。     

单切口坝对稀性泥石流的拦砂性能——试验研究与比较分析

通过室内水槽试验,探讨了单切口坝对稀性泥石流的拦砂性能,并与梳子坝的试验结果进行了比较分析。初步得到：（1）单切口坝有全闭塞、部分闭塞和不闭塞3种闭塞类型。当切口宽度b与稀性泥石流中最大颗粒粒径dmax之比b／dmax≤0．394时,切口全闭塞;b／dmax≥1．478时,切口不闭塞;0．394〈b／dmax〈1．478时,切口为部分闭塞。（2）单切口坝在降低过坝泥石流密度变化量上,与梳子坝有相似规律。对单切口坝而言,b／dmax在0．394～0．739之间,过坝泥石流密度变化量随b／dmax增大而增大,在b／dmax=0．739时,过坝泥石流密度变化量达到最大,其后随着b／dmax的进一步增大,过坝泥石流密度变化量逐渐减小;在0．493≤b／dmax≤0．986之间,单切口坝降低过坝泥石流密度变化量较显著。（3）在相同的试验条件下,以过坝泥石流平均密度及其降低率为防治泥石流的效益指标,显示梳子坝与单切口坝的坝后平均密度的比值大多小于1,表明在相同的试验条件下梳子坝对稀性泥石流的防治效果较好。     

蒋家沟阵性泥石流输沙规律研究

阵性运动是粘性泥石流运动的主要形式,以蒋家沟5a中20次具有完整观测资料的典型阵性泥石流作为基础数据,对阵性泥石流输沙量、输沙级配变化进行了初步分析。分析发现阵性泥石流输沙量变化具有两种模式,输沙量峰值一般出现在阵次序列前期或序列中期。不同阵次泥石流颗粒级配曲线具有相似的特征。随着阵流的发展,泥石流细颗粒含量增加,粗颗粒含量不断减少,中值粒径、峰度系数、和质量密度总体均呈减小趋势;出现连续流时,粘粒含量不断增加,质量密度迅速减小,0.01 mm可以作为划分阵性泥石流颗粒的临界分维粒径,大于和小于该粒径的颗粒组成均具有较好的分形特征,其对于泥石流流态具有重要的意义。     

泥石流点密度和面密度对区域泥石流危险度的影响——对比研究

泥石流分布密度是区域泥石流危险度评价的主要指标。泥石流分布密度分为点密度和面密度,前者是指每103km内泥石流沟的数量;后者是指每103km内泥石流沟的流域面积。以川西山区60个县市区为研究样本,分别以泥石流点密度和面密度作为区域泥石流危险度的主要评价指标,结合7个相同的区域泥石流危险度的次要评价指标,对研究区以县市区为基本单元的区域泥石流危险度进行了定量评价。结果表明,各县市区面积加权平均后的泥石流危险度分别为0.51(面密度)和0.52(点密度),差别甚微,整体上均属于泥石流中度危险区。两者的平均绝对差值0.04,远小于0.2这一危险度等级差值,平均相对差值为6.49%,小于10%这一允许的均方差范围。由此可知,用泥石流面密度来评价区域泥石流危险度,并非优于点密度;相反地,由于泥石流点密度具有获取资料相对容易、计算比较简便、工作量较小等优点,因而具有更为便利的推广应用价值。     

三维盾构隧道开挖面极限支护压力的上限解

为了研究掘进过程中盾构隧道开挖面附近土体的稳定性,假设土体为纯粘性土,且为理想弹塑性材料,服从摩尔-库仑屈服准则,参照矩形基础承载力问题的三维Hill机构,建立了盾构隧道开挖面土体处于主动、被动极限平衡状态下的破坏模式。从塑性极限分析上限法的基本原理出发,推导出三维盾构隧道开挖面极限支护压力上限解的计算公式。结合某算例,讨论了三维盾构隧道开挖面主动、被动极限支护压力上限解与平面应变上限解的关系,以及开挖面极限支护力与土体粘聚力、h/D的相互关系。研究结果表明:三维盾构隧道开挖面主动极限支护力要比平面应变上限解小,而被动极限支护力要比平面应变上限解大;随着粘聚力的增加,三维盾构隧道主动、被动极限支护力与平面应变上限解的差别也逐渐增大;盾构隧道开挖面主动、被动极限支护力的上限解均随h/D的增大而增大,且h/D越大,盾构隧道开挖面主动、被动极限支护力随土体粘聚力的变化速率也越快。     

黄土洞穴发育条件下滑坡土体性质及其稳定性分析

黄土洞穴作为黄土高原区独特的地形地貌,其发生与滑坡特征密切相关,洞穴的发育和演化又受到土性、地层结构等因素影响。本文通过野外调查,在黄土洞穴群诱发的黄土滑坡上选择典型剖面进行室内外实验,分析了黄土洞穴发育条件下滑坡土体的物理力学性质,运用数值模拟探究了黄土洞穴对边坡稳定性影响。研究结果表明:1)北郭村滑坡洞穴区域土体的容重、抗剪强度大于非黄土洞穴区域,孔隙率小于非黄土洞穴区域;滑带土容重最大,孔隙率最小,抗剪强度最低。滑坡发生不久,滑坡体土为扰动土,各项土体参数尚不稳定;洞穴区域土体沉积时间久,土体性质稳定;滑带土各项土体参数与前两者相差较大。2)研究区饱和导水率为0.2mm/min-1.3mm/min,滑坡后缘(洞穴区域)土体渗透系数小于滑坡体土(非洞穴区域)的渗透系数,孔隙率是影响入渗的主要因素;在滑坡后缘,黄土洞穴的渗透系数小于农田,有机质是影响入渗的主要因素。3)北郭村滑坡自然状态下稳定系数为0.7936,属于不稳定状态;洞穴状态下稳定系数0.7291,洞穴的存在降低了边坡的稳定性。     

降雨强度对泥石流起动影响的模型试验研究

利用自制小比例模型槽,采用可控降雨强度降雨模拟器,进行了人工降雨诱发泥石流的室内模型试验,研究降雨强度对泥石流起动的影响,并确定泥石流起动的临界降雨强度。基于临界降雨强度下泥石流的起动过程,对孔隙水压力和坡体内部含水率的变化规律进行了研究,并与现场试验进行了对比。运用Geodog软件对泥石流形成前坡体的位移场进行了分析,研究坡体破坏规律。研究结果表明,泥石流起动的临界降雨强度范围为43~50 mm/h。泥石流发生前存在一个孔隙水压力增加的过程,在泥石流形成后,孔隙水压力急剧下降。降雨强度影响雨水在坡体内部的渗透,是泥石流起动的主要原因。泥石流起动与坡体含水率和饱和度的变化有关,当坡体饱和度超过80%时,产生整体滑动破坏,并迅速转化为泥石流。     

堤基非稳定水压力传递滞后效应研究

洪水灾害过程中,堤防上游水头快速变化,作用在堤基土体上的水压力是非稳定的。选取常见的堤基砂土作为试验材料,利用自行设计的试验装置,研究洪水灾害时非稳定水头条件下,堤基无黏性土渗径长度、孔隙比、渗透系数以及颗粒粒径等因素对水压力传递滞后效应的影响规律。研究结果表明:土体颗粒粒径越大水压力传递滞后效应越弱,直径>2 mm的细砾土中水压力传递滞后效应基本可以忽略;上游水头水力梯度提升的越快,下游水压力启动和稳定滞后时间越短,但下游水压力恢复滞后时间越长;水压力传递滞后时间与土体孔隙比呈反比关系;下游水压力启动和稳定滞后时间与渗透系数呈对数关系。     

利用冲击力信号判断泥石流颗粒垂向分选的试验研究

分别提出根据冲击力数据的波动强度和峰值情况进行泥石流颗粒垂向分选研究的系统方法,并配置了三组不同容重(2 095 kg/m3、2 008 kg/m3和1 960 kg/m3)的粘性泥石流样品开展泥石流冲击试验。两种方法的分析结果基本一致,即容重为2 095 kg/m3的泥石流分选不明显,其他两组泥石流呈现出正粒序分布且容重越小分选越显著。量纲分析表明,开展的试验粘滞力在运动中起主导作用,颗粒之间作用力较小,不容易发生反粒序分选,这与通过冲击力分析颗粒垂向分选的结果一致,因此提出的利用冲击力信号判断泥石流颗粒垂向分选的系统方法具有适用性。     

高家沟泥石流和深溪沟泥石流灾害特征

汶川地震之后,泥石流成为灾区最为严重的灾害类型之一,直接影响到灾后重建和灾区人民的生命财产安全.对汶川地震灾区7月初群发性泥石流进行野外考察,重点分析了高家沟和深溪沟两条泥石流的成因和特征.高家沟为由滑坡崩塌体引起的土力类粘性泥石流,容重约为2.07g/cm3,总量超过30万m3,分三次间歇性汇入主河,并堵断1/2河道,迫使岷江持续冲刷对岸路基,损毁213国道长达400m;深溪沟为山洪冲刷河道引起的水力类稀性泥石流,容重约在1.44～1.58 g/cm3之间,流量约在160～180 m3/s之间.对不同的泥石流沟应采用不同的防灾减灾措施,可有效降低泥石流灾害对人民生命财产的威胁.     

长白山天池火山泥石流堆积物粒度分布及其结构维数

对堆积物的粒度进行分析,可以为研究火山泥石流的形成机制、数值模拟等提供参考数据。为了对长白山天池火山泥石流堆积物进行研究,在二道白河镇附近对长白山天池的古火山泥石流进行了勘察,取了2组共12个火山泥石流堆积物样品。对第1组进行了粒度参数法分析,得到了火山泥石流堆积物的平均粒径、分选系数、偏度和峰度,认为长白山天池火山泥石流堆积物的分选较差,沉积以粗组分为主。基于从第2组6个样品的分析可以推断,长白山天池火山泥石流主要为稀性泥石流,泥石流堆积物粒度分布较不均匀,分选较差,粒度分布接近正态分布。研究表明,粒度参数分析和结构维数计算相结合可以很好地了解火山泥石流堆积物的分选性、粒度分布情况、泥石流的类型等。     

南京地区下蜀土导热系数影响因素室内试验研究

岩土体热物理性质是当前岩土工程领域的一个重要研究课题,其关键在于岩土体导热系数的测试。使用日本EKO公司HC-110型热导仪,应用稳态法对南京地区典型下蜀土的击实重塑样进行导热系数测试,分析含水率、密度及试验温度对土体导热系数的影响,从土颗粒间、土颗粒与水分子间的接触方式对不同物理指标下土的导热系数的影响机制进行机理分析,结果表明:含水量一定,试样密度越大,土颗粒之间接触面积越大,土体热交换能力越强,导热系数越大;试样密度一定,温度升高时水分子活动能力加剧,导热系数随温度升高而增大,含水量大于16.6%时,导热系数随温度变化趋于平缓,温度大于50℃时导热系数有变小的趋势;试验温度一定,含水量小于20%时导热系数增大明显,含水量超过20%时试验值变化范围较小且有曲线重合现象。     

泥石流梁式格栅坝泥砂粒径调节试验研究∗

梁式格栅坝是泥石流防治工程中一种常见的透过型拦砂坝,具有拦粗排细的独特功效。通过室内水槽模型试验,探究了梁式格栅坝对泥石流泥砂粒径的调节特性。研究表明,梁式格栅坝在试验工况下均表现出一定的粒径调节作用,但在不同条件下差异明显,对于水石难分的高容重泥石流难以达到较好的粒径调节效果。分析认为,透过型拦砂坝的粒径调节可能是其容重调节的原因,坝体拦截了大部分粗颗粒物质,使泥石流体的结构变化,导致泥石流浆体能悬浮和输移的最大颗粒粒径变小。其次,提出了一种可用于透过型拦砂坝泥砂粒径调节效率的评价方法,并对比分析了该方法与现有常用评价方法的优势与合理性;基于模拟试验结果,通过多元非线性拟合,得到了新评价方法下考虑泥石流性质、过坝前运动状态和坝体尺寸的影响因素的泥砂粒径调节效率计算公式,可为梁式格栅坝设计中粒径调节效率的预测评估提供参考。此外,试验发现,梁式格栅坝泥砂粒径调节效果还受其拦截泥石流时的闭塞表现的影响。     

汶川地震次生泥石流形成模式与机理

以汶川地震灾区的典型的代表性泥石流案例为基础,分析了汶川地震次生泥石流的形成地形地貌、降水和土源条件特征,概括分析了汶川地震泥石流形成的5种模式,即:(1)沟床启动型;(2)坡面崩滑转化型;(3)震裂表土侵蚀启动型;(4)滑坡表面土体液化型和(5)松散坡积物冲切沟启动型。分析了这些形成模式的启动机理。地震次生泥石流的形成机理包括土力类和水力类。泥石流的形成需要一定的细颗粒含量,尤其是粘土颗粒含量;此外低密度干燥度较高的土体在降雨作用下易湿陷,体积收缩,从而有利于土体孔隙水压力的升高,而有利土体强度的降低,导致泥石流的启动。所以地震灾区的泥石流集中分布于干旱河谷松散固体物质大量存在且以花岗岩风化壳和碎屑岩及其变质岩为主的地区,降雨量特征与国内外众多泥石流的降雨特征可以比较,其模式多样。     

沟谷泥石流运动过程模型试验

泥石流运动过程是泥石流运动力学核心内容之一.以新疆天山公路K630泥石流为原型,选取几何相似比1:650,推导了泥石流质量、固液两相流速和泥石流冲击力相似比,以流通区为核心,建造了沟谷泥石流试验模型.试验结果表明,泥石流运动具有显著的阵流特性,阵流间隔时间为10s左右,其间嵌套2~3次弱阵现象;阵流期间,泥石流流速和冲击力均较大;从流通区的源头至沟口,流速呈现非线性增大趋势,且泥石流体中固液两相流速变化趋势相似,弯道处泥石流超高现象显著;泥石流运动初期由于泥石流体中固相和液相混和搅拌不均匀而呈现稀性泥石流特征,随后粘性特性增强.这些现象与现场观测结果基本一致.     

混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验研究

为研究坝体颗粒级配对堰塞坝溃决特征的影响,引入平均粒径D50作为主要指标,以不同均值粒径的土体作为研究对象,通过开展不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验,分析堰塞坝体在3种不同工况下的破坏模式和溃决特征。结果表明,1工况3条件下坝体溃决历时是工况1的2.5倍,而溃决洪峰流量减小了约60%,说明坝体平均粒径对坝体的溃决特征有显著影响,平均粒径越大,坝体整体抗冲刷能力越强,溃口发展速度越慢,坝体越稳定,溃决洪峰流量就越小,达到洪峰流量的时间也相对滞后;2平均粒径和渗透系数可拟合成二次函数曲线,随着平均粒径的增大,渗透系数也随着增大;以孔隙水压力的变化特征为依据,把溃决过程分为3个阶段,即上游库水位增加阶段、水流漫顶下渗阶段、坝体溃决阶段。     

滤纸法测定膨胀土总吸力试验及基质吸力预测研究

采用滤纸法测定膨胀土体吸力时,滤纸与土体表面距离不同所测得的滤纸含水率也不一样,获得的总吸力亦不相同。为此采用滤纸法开展了不同距离下的膨胀土总吸力测定试验,获得了不同距离条件下滤纸含水率的变化规律。干密度较小时,滤纸含水率随距离的增大呈现"减小-增大-减小"的规律;干密度较大时,滤纸含水率随距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定。距离为3cm时所测得的吸力离散程度较小,可作为测定土体总吸力的标准距离。根据总吸力-距离关系式,通过引入伪基质吸力的概念,计算得到伪基质吸力,并与相应的真基质吸力进行比较。结果表明:不同干密度及含水率下的膨胀土真基质吸力与伪基质吸力之间存在良好的线性关系。此法可为测定现场土体基质吸力提供新的思路。     

粘性泥石流阵性运动对沟床冲淤演变的影响--以云南东川蒋家沟为例

粘性泥石流沟床的冲淤具有其特殊的机理,年内及一场泥石流的沟床冲淤主要受泥石流体性质、流型、规模的控制,阵性运动中沟床演变主要反映在残留层厚度的变化。对云南东川蒋家沟进行野外现场泥石流及沟床冲淤的定位观测,应用观测资料对阵性粘性泥石流泥深、流速、拖曳力与沟床冲淤值的关系进行分析,认为在泥深<2.0m,流速<8m/s,流量<1500m3/s情况下,阵性泥石流运动前后沟床冲淤值与三者没有明显线性关系,沟床冲淤幅度较小,一般在-0.8~1.0m之间。通过分析,求得粘性泥石流沟床冲刷深度极限值的表达式。     

地下连续墙黏性土夹砂层槽壁稳定性分析∗

为了探讨地下连续墙黏性土夹砂层泥浆槽壁局部稳定性问题,建立稳定性分析力学模型,对槽壁夹砂层土体单元应力状态进行分析。基于朗肯极限平衡原理,提出泥浆槽壁局部稳定性系数计算方法。通过算例分析可知：（1）开挖将导致槽壁夹砂层土体单元产生负孔隙水压力,局部稳定性系数将会随负孔隙水压力的消散逐渐降低。（2）局部稳定性系数随相关因素的变化规律：地面超载每增大10 kPa,稳定性系数降低7%左右;泥浆重度每增大0.5 kN/m³,稳定性系数提高13%左右;有效内摩擦角每增大3°,稳定性系数提高11.5%左右;局部稳定性系数随地下水位埋深的增大而增大,但增幅逐渐减小;随泥浆液面深度的增大而减小,且降幅逐渐增大。