侧向约束对碎屑流运动与堆积特征的影响分析

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:juezhan2010
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本文在对国内外大量高速远程滑坡实例分类统计的基础上进行工程地质模型概化,以此为依据,设计并开展了全侧限、半侧限和无侧限三种不同侧向边界条件下的物理模型实验以研究不同侧限条件下颗粒流的运动特征、堆积体形态特征、反粒序及源区层序保留等内部结构特征。利用高速摄影系统和倾斜摄影测量法分别对颗粒流的运动过程和堆积特征进行监测,并通过对堆积体的切割、取样获取典型堆积结构的定量化分析数据,在此基础上,利用粒子图像测速(PIV)、堆积体的三维建模等方法对所获取的实验数据进行处理分析,系统地研究并对比了不同侧向约束条件下颗粒流的运动和堆积特征,得出的主要结论如下:(1)高速远程滑坡根据其侧向地形约束条件可分为三类:沟谷堆积型、沟谷-平面堆积型和开阔平面撒开型,其中沟谷堆积型和沟谷-平面堆积型滑坡的流动性大于开阔平面撒开型滑坡;据正交分析得到体积和下落高度两个变量的方差分别为4.35×10~7和8.01×10~7,说明滑坡运动距离受到下落高度的影响大于体积。(2)所有实验工况下,颗粒流前缘速度均经历了加速-碰撞减速-动量传递导致的速度回升-停积四个阶段;在不同的侧限条件下,颗粒流前缘运动速度均表现为随粒径增大而增大的特征;对比不同侧向约束条件下的颗粒流,全侧限和半侧限的前缘运动速度明显大于无侧限颗粒流。对于颗粒流位移云图和横向运动速度的分析结果表明,无侧限条件下颗粒流横向扩散运动最为显著,半侧限条件下次之,而全侧限条件下颗粒流在整个运动过程中横向速度趋于0,不发生明显的横向扩散。(3)实验结果表明,不同侧限条件下的颗粒流堆积体形态存在显著差异,全侧限条件下颗粒流堆积体呈沿斜槽延伸方向展布的条带状,半侧限条件下颗粒流呈“椭圆形”或“牛头状”堆积,无侧限条件下则呈发散分布的扇形堆积。所有侧限条件下,颗粒流堆积体中流态化地貌特征在粒径较小时更为发育;其中全侧限条件下主要发育有横向脊、侧缘堤、舌状前缘等流态化地貌特征,半侧限和无侧限的颗粒流堆积体中除了发育有横向脊外,还分别出现堆积丘和纵向脊等典型的流态化地貌特征。(4)基于对颗粒流堆积体取样筛分和取样计数的结果,分别获取了颗粒分选和层序保留的特征参数,结果表明,颗粒流堆积体中反粒序和层序保留特征的发育程度呈相反的变化趋势。在同一堆积体中,相比于两侧,中间位置处源区层序保留程度最高,颗粒粒径分选的程度最低;随着侧向约束的减弱,颗粒分选作用加强,层序保留程度降低。(5)颗粒流运动和堆积参数的统计结果表明,侧向约束对颗粒流的运动和堆积过程具有显著的影响,可以一定程度上限制颗粒流的运动范围,在其他条件相同时,无侧限颗粒流的堆积体覆盖面积最大,影响范围最大,其次为半侧限和全侧限;但从运动速度和致灾距离的角度出发进行评估,则半侧限和全侧限条件下颗粒流的影响大于无侧限条件下的颗粒流。
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