汶川地震触发牛圈沟高速远程滑坡-碎屑流动力学特性分析

鉴于牛圈沟滑坡为地震触发的典型滑动-碎屑流型滑坡，采用滑坡动力学分析(Dynamic analysis)软件DAN W对牛圈沟滑坡全程动力学特征进行分析，使用试错法对比分析摩擦准则与Voellmy准则两种不同流变关系的模拟效果.结果表明：摩擦准则应用于滑体的初始运动阶段，Voellmy准则应用于滑坡后期碎屑流阶段时模拟效果最佳；并给出最佳的流变参数，得到滑坡堆积体的体积和形态变化，滑坡运动速度及变化规律.     

滑坡碎屑流颗粒分选效应的数值模拟

大量粗细不均匀的碎屑岩粒及孤大块石在滑坡碎屑流运动过程中的相互作用产生颗粒分选效应,影响了滑坡碎屑流的运移堆积特征及致灾效应。以模型试验的资料和数据为依据,运用三维颗粒离散元素法,建立滑坡碎屑流颗粒流数值模型,从滑体运动堆积过程中不同粒径组分的分布位置和动能两方面研究了滑坡碎屑流颗粒分选效应的形成过程,探讨了颗粒分选效应的形成机制。结果表明:滑坡碎屑流运动过程中,粗颗粒组分易获得较大速度并向滑体表层及前缘运移,细粒组分运动速度较慢,并向滑体底层及后部聚集,这种颗粒分选效应最终导致了滑体反粒序分布结构的形成。滑坡碎屑流颗粒分选效应是由振动筛分、小颗粒耗能较大率先停积、大颗粒碰撞分离等动力学机理共同作用的结果。     

库水作用下青杠坪滑坡堆积体变形演化趋势

青杠坪滑坡为一巨型古滑坡,位于溪洛渡库区金沙江右岸,距坝址约15.5 km,受库水升降作用影响,滑坡局部于2014年4月24日复活,复活体方量约300万m3,灾害使137间房屋及0.6千米乡村公路等毁于一旦,造成约500万元的直接经济损失。鉴于青杠坪滑坡堆积体方量巨大,后期库水升降作用下堆积体可能进一步复活,将对当地居民的生命财产安全造成极大威胁,因此对该滑坡的变形演化趋势进行研究迫在眉睫,研究成果可为类似灾害的防治提供参考。为分析库水作用对滑坡堆积体的影响,本文以滑坡堆积体上角砾土的现场双环渗透试验和室内干湿循环试验为基础,运用FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua）模拟库区水位升降作用下青杠坪滑坡堆积体变形演化趋势,研究结果显示：（1）青杠坪滑坡表层堆积体平均渗透系数为6.94×10-2cm/s,为中-强透水介质。（2）土体抗剪强度指标与干湿循环次数n存在一定关系：粘聚力 ,内摩擦角 。（3）库水位稳定于540 m与600 m高程条件下,坡体整体稳定,随着干湿循环次数的增加,坡体堆积体变形裂缝逐渐加大,稳定性系数不断降低,循环次数达35次时,滑坡体消落带以上780~930 m高程范围及巨型块石上部的堆积体将发生滑动,青杠坪滑坡将再次复活。     

基于物质点法的远程滑坡碎屑流运动过程模拟及特征分析

目的 研究远程滑坡碎屑流运动过程以及运动过程中速度、滑动距离、动能变化,为滑坡碎屑流灾害的预防和治理提供参考。方法 基于物质点法,以塔合曼和乱石包两个远程滑坡碎屑流工程实例为背景,对两个滑坡碎屑流的运动过程进行数值模拟;并对塔合曼滑坡碎屑流运动过程中水平、垂直方向运动速度分布,内摩擦角对运动过程的影响,以及乱石包滑坡碎屑流铲刮效应对堆积形态、动能变化的影响进行分析。结果 两个滑坡碎屑流最终堆积形态模拟结果与实测结果吻合良好,验证了数值模拟结果的有效性;塔合曼滑坡碎屑流随着内摩擦角从18°增加到33°,动能峰值降低71.4%,最终势能增加54.4%,滑坡碎屑流的能量耗散减小47.8%;在乱石包滑坡碎屑流实例的模拟中,速度云图呈现了滑体速度场的层状分布特征。结论 内摩擦角对滑坡碎屑流的动力过程影响十分显著;乱石包滑坡碎屑流的滑体在高速滑移阶段存在强烈的内部剪切作用,并且铲刮效应对滑坡碎屑流的运动起到了一定的阻碍作用。     

震后滑坡地表时空演化过程与规律——以汶川地震滑坡银洞子滑坡为例

为揭示地震效应下震区松散滑坡堆积体地表演化过程的时间变异和空间分布规律,本文以5·12汶川地震极震区—白沙河流域的银洞子滑坡为例,通过野外取样调查、无人机航拍以及多时相卫星遥感影像差分,分析了该滑坡堆积体在震后10年的空间及地表演化过程。结果表明：滑坡活动频率呈震荡式衰减,震后5年内为滑坡极度活跃期;滑坡失稳地表过程首先是降雨条件下表层较松散的土体随地表径流发生运移,随后地表侵蚀作用下逐渐形成坡面侵蚀拉槽,最后发展为以堆积体前缘的牵引式浅层滑坡为主。通过定量分析堆积体失稳区土体级配组成,发现粗颗粒（≥2mm）百分含量增加,具有明显的粗化现象。最后结合灾害事件的触发降雨量初步提出了触发日降雨量演化模型。四次典型滑坡事件特征与研究区震后10年地表时空演化过程基本一致。本研究旨在为汶川震区震后地质灾害的长期防控提供参考和基础。     

古尔班通古特沙漠侵蚀型新月形沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征的环境意义

在全球变暖和生态保护的背景下，古尔班通古特沙漠风沙活动强度减弱，多数沙丘长期处于侵蚀状态。选取沙漠西部呈侵蚀状态的、不同发育阶段的固定新月形沙丘，采集表层砂样进行粒度与石英砂表面微结构分析，结果显示：(1)沙丘表层砂细砂占比达50%以上，平均粒径范围2.03～2.88Φ,分选性较好、近对称偏度、中等峰度，迎风坡粒度参数多呈不规则变化，丘顶平均粒径最粗；随着沙丘形态成熟、规模增大，表层砂粒级组分波动范围增大、平均粒径变粗、分选性变差；(2)沙丘砂石英颗粒磨圆度普遍较差且有多种原生环境的结构特征，反映物质来源复杂多样，砂物质虽经风力搬运再堆积，但因沙丘的流动性不佳、再搬运距离受限，因此风成砂保存了较多原生环境的作用痕迹；(3)研究区沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征具有侵蚀型沙丘的独特性和植被覆盖影响下的特殊性，粒度参数呈现不规则变化的同时，植被覆盖削弱了不同规模沙丘之间粒度特征的差异，也导致石英砂磨圆度较差、原生作用痕迹丰富。     

拦砂坝淤满后沟道中巨石与泥石流浆体的流固耦合分析

泥石流中夹杂的巨石在与浆体相互作用下向下游滚动,在运动过程中会对途中遇到的房屋、桥梁等基础设施会造成很大的威胁。流固耦合是研究泥石流中巨石滚动的新方法。利用FLOW-3D建立沟道-拦砂坝体系及GMO巨石碰撞模型,在RNG k-ε三维湍流模型下研究巨石的滚动特征。研究表明:巨石滚动的速度与流体速度呈正相关,流体速度越大,巨石滚动速度越快,但速度滞后于流体速度;巨石滚动角速度在一定范围内呈现出一种有规律的变化,这与其外形特征具有一定的关系;在遇到陡坎时,巨石跌落后的运动表现出一定的随机性,这与流体速度、密度无关,巨石跌落到碎石土上动能衰减范围在80.7%~98.8%。研究泥石流中巨石的运动特征对泥石流工程防治中拦砂坝、排导槽布置及结构设计具有一定参考价值。     

降雨及坡体组成对堆积型边坡稳定性的试验研究

滑坡灾害是常见地质灾害之一,人类工程数量和规模的发展,致使堆积体滑坡灾害在滑坡灾害中的比重不断增大,如何保障堆积体稳定性值得研究。本文通过试验测试的方法,从堆积体材料的组成出发,对比分析不同降雨强度、不同含土率、不同骨料比例对堆积体稳定性的综合影响。试验结果表明：（1）堆积体的含土率对滑坡规模影响较大;（2）降雨强度与堆积体破坏程度成正比关系;（3）堆积体的临界坡度越大其稳定性越好。在工程实际中,为确保人工堆积体边坡具有较好的稳定性,应合理规划堆积体的材料组成,降雨期间应着重监测含土率较大、临界坡度较小的堆积型边坡。     

某冰水堆积体层流-紊流过渡状态渗流特性试验研究

澜沧江上游两岸河谷地带广泛分布一套规模巨大、形成于第四纪更新世中晚期的冰水堆积体,这类冰水堆积体往往具有较特别的渗流特性。通过对澜沧江某冰水堆积体的结构特征调查和颗粒组成试验分析,从沉积相的角度,认为该冰水堆积体可分为两层:表层厚约40 m的混合巨粒土,和底部厚约17 m的粗颗粒土。通过对这两层冰水堆积体的渗流特点试验研究,结果表明地下水在表层混合巨粒土中的渗流方式主要表现为层流-紊流过渡阶段的特点,渗流速度与水力梯度成幂函数关系;而在底部粗颗粒土中的运移方式主要表现为层流特点。根据混合巨粒土的渗流特点,文中提出了两种计算其渗透系数的方法,即根据渗透速度和水力梯度关系曲线估算渗透系数,或采用文中提出的公式计算渗透系数。     

天然气水合物垂直管内流动特性的数值模拟

为了研究深水天然气水合物浆液开采管中水力提升的理想工况,对开采管中浆液的速度、体积分数、颗粒粒径和颗粒密度各参数划分12组,基于Fluent软件中欧拉双流体模型,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型,对水合物颗粒在管道中的黏度变化编制UDF,并对上述方案进行数值模拟,对比模拟得到水合物颗粒体积分数值与文献试验值,相对误差小于20%,该模型可行.结果表明:管道提升速度越大、浆液体积分数越小、颗粒粒径越小、颗粒密度越小对于水力输送越有利.因此,在满足系统安全性要求的同时考虑经济因素,对于直径300 mm的水力提升管,建议提升体积分数取20%,颗粒粒径取0. 01~0. 02 m,提升速度和颗粒密度分别控制在1. 4~1. 8 m·s~(-1),1 020~1 190 kg·m~(~(-3)),此时提升情况理想,系统具有一定的可靠性.     

页岩气钻井岩屑运移规律仿真分析

页岩气水平井钻井过程中岩屑在重力作用下极易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,清洁难度大,进而导致井底高摩阻、高扭矩和阻卡,严重时造成卡钻、钻具断落井下安全事故。基于液固两相流理论,建立了三维井眼环空岩屑运移模型,通过控制变量法分别分析了钻杆转速、排量、岩屑粒径、偏心度、井斜角度等因素变化对环空井筒岩屑体积分数及运移轴向速度的影响规律。研究结果表明：随着转速和钻偏心度增大,岩屑体积分数降低及轴向速度增大;随着岩屑粒径增大,岩屑体积分数增加及轴向速度降低;随着井斜角降低,岩屑体积分数降低及轴向速度增加。可见提高转速、钻井液排量和控制钻头破坏岩屑粒径大小有利于提高井眼清洁,降低井下安全事故。     

泥石流堆积区粒度分布及分形结构特征

为研究泥石流堆积物粒度分布及分形结构特征,通过对泥石流堆积区现场调查和颗粒分析试验,采用统计图解法和粒度分维法分析泥石流堆积区堆积特征、粒度分形结构特征及与颗粒级配的关系。结果表明:泥石流堆积区具有集中性的特点;泥石流堆积区颗粒具有很好的分形特征,堆积区中右侧分维值均值与堆积区分维值均值接近;泥石流堆积形成由晚至早分维值逐渐减小;堆积物土粒大小级配连续性较好,分维值与不均匀系数和曲率系数均呈正相关。可见泥石流堆积区粒度的相关研究对研究泥石流形成机理及指导泥石流防治具有重要的意义。     

两相物质组成对泥石流固相流速特征的影响

固相颗粒流速是研究泥石流冲击力和防治结构荷载取值的关键问题。本文基于水槽模型试验,采用粒子图像测试技术提取了黏性泥石流表面固相颗粒流速,基于两相流模型探讨了浆体黏度、固相体积浓度与颗粒粒径对泥石流固相粗颗粒流速特征的影响。结果表明：泥石流龙头现象随浆体黏度与固相体积浓度增大而减弱;固液相相对运动随浆体黏度增加而减弱,大黏度与小粒径组合条件下消失;固相颗粒流速随浆体黏度与固相体积浓度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关。两相物质组成影响固相颗粒间的摩擦力与/或碰撞力、浆体施加的粘滞阻力、拖曳力与虚拟质量力,其对流速的影响还需进一步深入研究。     

崩积体粒径的图像识别与分析

崩塌是一种常见的地质灾害,崩落块石所形成的崩积体往往可以反映崩塌运动过程、影响范围等。基于无人机航拍影像技术以及孔隙(颗粒)与裂隙图像识别与分析系统(PCAS)的崩积体调查方法,将粒径分析方法引入崩积体调查,对崩积体粒度分布与堆积特点进行研究。结果表明:"无人机航拍影像技术-PCAS"统计方法切实可行,具有便捷、安全、成本低、高效和高精度的特点;将小茅坡崩积体划分为主积区、散落区、影响区,3个特征明显的区域;小茅坡崩积体粒径服从Y=A+(B/t)的逆分布规律;从纵向上看,崩积体内小块石占比呈先减小后增大再减小的趋势;从横向上看,距崩源相同距离各区粒径组分的含量基本相同,中块石与大块石在横向上呈现先增大后减小的趋势。研究成果对崩塌堆积调查具有重要意义,为野外调查提供一种新的技术手段。     

强震区典型窄陡沟道型泥石流发育特征

针对汶川强震区5条典型窄陡沟道型泥石流进行实地勘察。通过室内颗分试验、激光衍射粒度分析试验、X射线衍射试验,分析了强震区窄陡沟道型泥石流的基本发育特征、堆积物颗粒级配和黏土矿物定量组成。结果表明：(1)强震区窄陡沟道型泥石流典型发育特征除了地形地貌上的“窄”和“陡”外,震后松散物源量中崩滑物源和沟道堆积物源显著增多,动储量比例增大,造成强震区窄陡沟道型泥石流危险性显著提高;(2)强震区窄陡沟道型泥石流堆积物固体颗粒级配分布范围较广,连续性较好。级配曲线不均匀系数均大于5,曲率系数在0.95～3,无缺失粒组;粒径小于0.075 mm的粉粒含量均在0.5%以下,粒径小于0.005 mm黏粒含量均在0.11%以下,不同沟道间差别较小;(3)强震区窄陡沟道型泥石流堆积物黏土矿物主要由伊利石、绿泥石和伊蒙混层3种黏土矿物组成,各自含量平均值分别为45.6%、38.8%、15.6%。伊利石和绿泥石总含量均超过75%,伊蒙混层含量均在25%以下。开展汶川强震区的典型窄沟型泥石流发育特征分析,对于地质灾害泥石流风险评估、监测预警和防控具有重要意义。     

渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明：渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松愈加显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。     

钨合金弹丸超高速撞击的分子动力学研究

针对高速穿甲与空间碎片超高速撞击航天器材的防护性能以及损伤破坏模式的问题,采用分子动力学方法,运用EAM势对钨合金弹丸超高速撞击靶板的动力学行为进行了数值模拟,定性研究了弹丸尺度、弹丸速度、靶板厚度以及材料模型对靶板穿孔、靶板破坏与碎片云形成的影响以及相应规律. 研究结果表明:同一时刻空筒蘑菇形碎片云的径向与轴向距离随弹丸直径、撞击速度的提高而增加. 反溅粒子与粒子堆积高度随弹丸直径、撞击速度提高而增加. 将分子动力学模拟结果与高质量试验结果进行了相应对比,模拟的碎片云形状、反溅粒子以及粒子堆积等特征与试验基本吻合,验证了利用分子动力学方法的有效性.     

杂多县萨呼腾镇乳日贡沟泥石流发育特征分析

在收集大量勘查资料的基础上,对杂多县萨呼腾镇北部山区发育的乳日贡沟泥石流沟的地质环境条件、形成区、流通区、堆积区内的工程地质和水文地质特征进行了较详细的论述。分析论证了乳日贡沟泥石流的成因、类型、规模、活动特征、危害程度及发展趋势。科学地计算了50年一遇的泥石流流量、重度、流速、冲起高度、冲击力和弯道超高等泥石流流体力学特征值,最终提出了"以拦挡+排导并重、生物工程为辅"的综合治理方案,为杂多县萨呼腾镇乳日贡沟泥石流灾害治理提供了重要依据。     

紧耦合真空气雾化制备Fe-Cr合金粉末的特性表征

采用紧耦合真空气雾化法制备Fe-Cr合金粉末,通过不同目数的筛网进行筛分,得到0～25μm、25～53μm、53～105μm、105～150μm四个粒度段的粉末.使用氧氮分析仪、碳硫分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪分析雾化前后粉末化学成分,测定全粒度段及各粒度段的氧含量变化情况;采用扫描电镜、激光粒度仪等分析测试手段...