滑坡碎屑流堵江形成过程的模型试验研究.pdf

滑坡碎屑流堵江形成过程的模型试验研究何浩波吕定励彭克喜陈紫怡廖海梅(贵州大学土木工程学院贵州 贵阳)摘 要:滑坡堵江是我国一种重要地质灾害对堵江堆积体上下游的人民生命财产安全构成巨大威胁 研究滑坡碎屑流堵江的形成过程有助于理解堵江堆积体几何形态与颗粒分布特性从而为堰塞坝风险评估方法的建立与应急处置方案的制定提供理论依据 本文通过开展室内物理模型试验探讨不同颗粒质量比的分层滑源体的运动时间、堵江堆积体几何形态特征 试验结果表明小粒径质量占比越小滑坡堵江总运动时间越短在滑槽前、中、后三段的平均速度越大 同时随着滑源体中小粒径质量占比的减小堵江堆积体宽度 越大长度 越小而高度 无明显差异关键词:滑坡堵江碎屑流运动过程堆积体几何参数中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:何运兵钟兆翔林志杰等.整体网式 纳米管的制备及其工艺条件的优化.东莞理工学院学报():.(/):.():.:.收稿日期:修回日期:基金项目:黔东南科合 字 号凯里学院校级规划课题作者简介:李 荡()女湖南人硕士副教授主要从事纳米材料方面的研究工程与材料科学/第 卷 我国西南地区高山峡谷众多河网密集容易发生滑坡灾害若滑坡体进入河道、拦截水流则形成堰塞湖 库区在蓄积大量水后不但淹没上游而且由于天然的滑坡堵江堆积体结构相对松散、内部物质分布不确定性强导致堰塞坝溃决过程往往难以预测形成的洪水破坏性强对下游沿岸居民生命与基础设施等构成严重威胁 目前国内外学者针对滑坡堵江形成机理的研究已经取得一定成果 胡卸文等通过对唐家山堰塞坝的现场调查指出高速短程岩质的滑坡运动是该坝体具有似层状结构的重要原因 刘威和何思明对潜在的沃达滑坡堵江形成过程进行数值模拟分析了滑动过程的摩擦系数与堰塞坝溃口位置、溃口高程的变化关系指出坝体表面地貌起伏情况显著影响溃坝危险性 等开展了滑坡堵江物理模型试验结果表明大颗粒主要集中于坝体表面而小颗粒主要集中于底部 等基于系列物理模型试验数据建立了考虑滑坡倾角及河道坡降的堰塞坝几何参数预测模型 等通过模型试验研究了滑坡起始角度、坡面倾角、坡面粗糙度等对滑坡运动于堵江堆积特性的影响 但由于滑源体物质结构的不确定性、岸坡与河床地貌的多样性以及堵江运动过程的复杂性目前尚未形成系统完整的滑坡堵江形成机制理论和堆积体特征分类室内物理模型试验是研究滑坡堵江机制的一种重要手段同时碎屑流是堆积层、岩质等类型滑坡在运动过程中的一种重要形式 因此本文通过开展滑坡碎屑流堵江物理模型试验探讨在不同粒径、不同质量比的分层滑源体下滑坡运动过程与堵江堆积体特征为该领域相关研究提供一定的参考 模型试验设计 图 试验装置图.试验装置模式试 验 装置主要由模拟斜坡的滑槽和模拟河道的水槽两部分组成其中水槽与滑槽末端连接如图 所示 考虑到河道水流通常较小本试验不考虑水流对滑坡堵江作用的影响为方便观察试验过程滑槽和水槽均全部采用透明亚克力板制作表面较为平整光滑 滑槽为矩形断面长.宽.高.在距离滑槽顶端.处设置了一个手动提起闸门 水槽采用梯形断面长 底宽.两侧的斜边长.与水平夹角为.试验设计滑体的物质结构与物理力学特征对滑动过程具有显著影响而滑源体分层是一种比较常见的滑坡物质形式 本文将滑源体沿垂直方向分为四层层间接触面为水平面从上往下分别为细颗粒()、较细颗粒()、中颗粒()和粗颗粒()通过改变每层颗粒质量比例分析不同滑源体物质组成对滑坡运动过程及堵江堆积体形态的影响 本试验滑槽坡度调整为共开展 组试验具体试验方案如表 所示表 试验设计方案序号坡度物质组成(质量比)总质量/备注细 较细 中 粗 细 较细 中 粗 细 较细 中 粗 细 较细 中 粗 细 较细 中 粗 小粒径含量逐渐增多试验开始前将确定质量的颗粒按顺序分层铺设在闸门后的滑槽中 然后打开架设在滑槽侧边用于观察滑坡堵江运动全过程(如图 所示的前、中、末三段以及入水槽后的堵江堆积共 个阶段)的 台摄像机 最后手动提起闸门此时滑坡堵江试验开始待全部滑源体进入水槽后视为滑坡堵江结束 试验结果分析.滑坡堵江过程分析此处定义滑坡堵江运动总时间为滑体前缘开始滑动(闸门提起时刻)至滑体末端全部滑出水槽时段滑体在前、中、末三段水槽的运动时间为滑体前缘开始进入至滑出各段水槽的时段三段的平均速贵 州 科 学():度即为滑体前缘的平均速度 图 为不同颗粒质量比分层滑体的滑坡堵江运动总时间 从图中可看出运动总时间随着小颗粒比例的减小而减小试验 和 的细颗粒占比相当分别为/和/时间相差较少只有.试验 和 中粗颗粒占比较大均为/时间相差也较少只有.其余试验组由于小粒径和大粒径占比相差较大运动总时间也具有较明显差异 T 图 运动总时间与滑源体颗粒组成关系总的来说滑体在运动过程中做加速运动除了第 组试验滑体前缘在前段和中段的平均速度相当其余各组试验的速度均逐渐增加(图)前、中、末三段的平均速度都随着小颗粒占比的减小而增大前、中两段速度增加值总体上也随着小颗粒占比的减少而增大 各组中、末两段的速度增加值则几乎没有差异同时末段是速度增加的主要阶段可见各层颗粒大小对滑体各阶段的运动特性均有重要影响 一方面各层颗粒粒径的不同将导致滑体层间摩擦力、滑体与滑槽(滑床)间的摩擦力存在差异另一方面各层的粒径分布同时影响滑动过程中的颗粒碰撞与能量传递 这两者共同作用影响滑体的运动时间、速度以及堵江堆积体形态 图 滑体前缘在前、中、末各段的平均速度.堵江堆积体几何形态分析不同工况下堵江堆积体平面形态和沿坝长方向剖面如图 所示 各堆积体形态相似最大坝宽、最大坝高均出现在滑坡对岸主要原因是滑坡速度较大使大部分滑体有足够的能量达到对岸停歇堆积图()为对应图()的最大坝长处剖面为观察堆积体内部颗粒分布提供依据 手动使透明亚克力板快速下切堆积体获取剖面尽管这种方法对剖面原始颗粒分布造成扰动但影响不大 观察平面图大颗粒表面分布了较多粗颗粒小颗粒主要分布在靠近滑坡一侧观察剖面图堵江堆积体具有明显的反粒序现象大颗粒在上、细颗粒在下尽管滑源体颗粒层从上往下为细颗粒逐渐增大到粗颗粒BC 图 堵江堆积体特征堵江堆积体宽、长、高三个关键参数在不同工况下的演变规律如图 所示 宽度、长度与各层颗粒占比具有较好的相关性宽度随着小颗粒占比的减小而增大长度整体上也随着小颗粒占比的减小而减小 可能的原因是小颗粒比大颗粒动能小往上下游延展的距离就较小聚集在滑坡出口对岸附近的颗粒也就比较多因此小颗粒占比大的堆积体宽度较短、长度较大 堆积体高度在本试验的分层滑坡体堵江中与颗粒没有明显的规律初步分析与颗粒滑动速度、入河堆积中颗粒与水槽碰撞等相关规律性分析需要继续开展试验进行更深入的分析 N N N 图 不同工况的堆积体几何参数 结语本文通过室内物理模型试验探讨了不同粒径颗粒占比的分层滑源体的滑坡运动过程与堵江堆积特征 试验结果表明滑源体的颗粒分布对滑坡总运动时间以及在前、中、末不同阶段的运动速度具有工程与材料科学/第 卷重要影响小颗粒占比越小总运动时间越长各阶段的运动速度越小不同工况下的滑动加速都主要发生在末段 同时随着分层滑源体小颗粒占比的减小堵江堆积体宽度增大、长度减小而高度无明显规律 在本试验的基础上后续需进一步分析滑源体的不同粒径空间分布对滑坡堵江运动过程及堆积特征的影响为滑坡堵江堆积体物质结构分析和溃决风险评估提供支撑参考文献【】石振明熊永峰彭铭等.堰塞湖溃坝快速定量风险评估方法 以 年鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖为例.水利学报():.王兆印崔鹏刘怀湘.汶川地震引发的山地灾害以及堰塞湖的管理方略.水利学报():.():.胡卸文黄润秋施裕兵等.唐家山滑坡堵江机制及堰塞坝溃坝模式分析.岩石力学与工程学报():.刘威何思明.金沙江沃达潜在滑坡诱发灾害链成灾过程数值模拟.工程科学与技术():.():.:.:.(/):.():.:.:.:./.:.():.朱冬雪许强李松林.三峡库区大型特大型层状岩质滑坡成因模式及地质特征分析.地质科技通报():.收稿日期:修回日期:基金项目:贵州大学大学生创新基金()作者简介:何浩波()男本科生研究方向:水利水电工程通讯作者:廖海梅()女博士副教授硕士生导师研究方向:堰塞坝形成机理与风险防控贵 州 科 学():