高速远程滑坡破碎相依渐进相变机理研究

来源 :林棋文 | 被引量 : 0次 | 上传用户:net130130
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
高速远程滑坡是指高陡斜坡上大规模基岩岩体失稳后以快速或极快速的速度,以岩屑流的形式似流体状态长距离的运动过程。高速远程滑坡虽然发生频率较低,但危害性巨大。高速远程滑坡在碎屑化作用下,从源区较为完整的节理岩体,到临近停积前高度破碎的岩屑体,期间经历了由于岩块逐渐破碎而导致的持续内部结构演变与运动形式变化,即所谓的破碎相依渐进相变过程。破碎相依渐进相变既是滑体特殊内部堆积结构形成的前提条件之一,亦被认为是高速远程滑坡超强流动性的可能动力学机理之一。然而,关于块体碎屑化对高速远程滑坡运动学与动力学过程的作用机制,国际上的争议非常激烈,目前尚未形成定论。本文通过青藏高原典型高速远程滑坡野外地质调查、室内岩土体物理力学实验、大型物理模型实验、离散元数值模拟、数理统计与理论分析等综合手段,深入系统地研究高速远程滑坡破碎相依渐进相变机理,揭示高速远程滑坡动力破碎过程的细观机制与宏观效应,建立高速远程滑坡破碎相依流态化运动理论模型,为青藏高原地区高速远程滑坡灾害的防灾减灾工作提供科学依据。通过以上研究,本文获得的主要成果有:(1)以乱石包和尼续村高速远程滑坡为典型案例,详细研究了高速远程滑坡堆积体块石动力破碎特征,建立了高速远程滑坡碎屑化堆积结构特征模式,揭示了碎屑化堆积结构所反映的高速远程滑坡动力学过程。(2)以羧甲基纤维素钠、石膏、钙砂、重晶石等为原材料,进行了滑体相似材料配比实验研究,确定了原材料对滑体相似材料物理力学特性的影响规律;在此基础上,配制了低强度可破碎滑体相似材料,实现了高速远程滑坡碎屑化运动过程的缩尺模拟再现。(3)通过高速远程滑坡破碎相依渐进相变物理模型实验,研究了源区滑体体积、下滑距离、块体强度和斜坡倾角等因素影响下,滑坡的碎屑化运动与堆积特征,揭示了高速远程滑坡动力破碎成因机制及影响因素。建立了源区初始条件与相对破碎率(Br)和最大碎块粒径(Mr)的相关关系,较好地描述源区初始条件与滑坡最终碎屑化程度的相关性,并通过实际案例进行了验证。(4)基于物理模型实验结果,进一步研究了动力破碎条件下高速远程滑坡的堆积范围变化特征,揭示了块体动力破碎作用下不同初始条件控制滑坡运动距离和覆盖范围的基本规律,发现块体动力破碎对滑坡的高流动性具有一定的正向促进作用。(5)设计并进行了一系列相同初始势能、破碎潜力和边界条件下,不同源区岩体结构特征滑坡碎屑化运动物理模型实验,研究了岩体结构作用下滑坡碎屑化过程及其宏观破碎效应,发现实验室尺度下滑坡碎屑化运动表观摩擦系数与等效摩擦系数呈负相关关系,即随碎屑化程度增加,滑坡前缘运动距离逐渐增加,重心运动距离逐渐减小。由此可以说明:滑坡的动力破碎过程显著抑制了其整体的运动性,然而动力破碎这一力学机制可以有效促进滑体前缘的运动,认为这一现象是块体破碎的弹性应变能释放效应所致。据此建立了基于破碎相依渐进相变过程的崩滑碎屑流运动距离计算理论模型,真实反映了岩石动力破碎现象对滑坡运动的影响机制,并对于崩滑灾害的危害范围预测具有一定的应用价值。(6)进行了滑坡碎屑化运动过程物理模型实验的离散元数值模拟再现,定量揭示了颗粒离散元方法对于岩块动力破碎过程模拟的能力与局限性:离散元方法模拟高速远程滑坡的动力破碎过程具有一阶近似性,能够很好的反映块体破碎机制、破碎现象及能量传递与消散过程;然而,它不能准确反映由动力破碎引起的能量消耗量值以及随破碎程度变化的碎块相互作用能量耗散值。基于这一结果,提出了适用于块体动力破碎过程离散元数值模拟的可变恢复系数法理论模型,为滑坡动力破碎问题的离散元精确模拟提供了方法和途径。(7)进行了块体滑动破碎过程的离散元数值模拟,研究并厘清了滑体的断裂破碎细观过程及其对滑体系统能量转化和传递过程的影响机制;最终基于高速远程滑坡堆积体特殊内部破碎结构野外地质证据、滑坡碎屑化运动物理模型实验结果以及离散元数值模拟中块体断裂破碎的能量转换与传递过程分析,明确了块体动力破碎细观效应及其对滑坡堆积特征的影响,构建了高速远程滑坡破碎相依流态化运动模型,表征了块体动力破碎对高速远程滑坡运动全过程的宏观效应。研究工作建立了滑坡初始条件、破碎程度与最终堆积范围三者之间的数学物理关系,提出了基于碎屑化过程的高速远程滑坡动力学模型,系统揭示了高速远程滑坡动力破碎过程的细观机制与宏观效应。
其他文献
山区在我国乃至世界均广泛分布,而山坡是生成陆地水资源的关键景观特征。谷底比山顶湿润,阳坡比阴坡温暖干燥,导致山谷和山顶之间、阳坡和阴坡之间土壤和植被的系统性差异,因此坡面对于理解水和陆地生态系统的结构和功能至关重要。蒸散作为陆地表面水分消耗的主要方式,是全球水循环的重要分量,是生态过程和水文过程相互联系的关键纽带,故基于坡面尺度的蒸散监测可以更好地理解坡面的水热通量,有效地提高水循环分析和水资源管
学位
纪录片诞生于电影出现之初,其作为影视门类的重要分支一直受到学界相当的关注。与日渐丰富和兴盛的纪录片创作实践相比,纪录片理论与批评的跟进则相对滞后,直到上个世纪80年代开始,这一现象才得到较大改观。本论文属于纪录片本体论研究,全文由六个章节组成。笔者尝试以具身性理论阐释纪录片的机制和文本,从而触及纪录片的本质讨论。其目的是为了更深层挖掘纪录片丰富的可能性,在身体视阈下拓展思考,并尝试建构纪录片具身性
学位
高光谱遥感不仅能够获取被观测地物在空间维度上的几何形态信息,还能够在光谱维度上于每个像元处获取到一条能够反映地物真实理化特征的连续光谱曲线。这种特点使得高光谱遥感被广泛应用于资源环境调查与国防安全等领域。目标探测是高光谱图像信息提取领域中重要的研究内容之一,它在抑制背景地物的同时,从图像中提取出感兴趣的目标地物。目标探测算法旨在获得某种映射,该映射下的目标与背景具有更高的可分性。然而,受到混合像元
学位
无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是基于近场耦合原理,利用磁场代替传统导体,以非接触方式实现电能传输的新型供电技术。在一些特殊应用场合,如潮湿隧道,矿场以及海底,电缆极易受到腐蚀,严重时会引起爆炸火灾。WPT技术能够解决传统导线电能传输直接接触时带来的问题,具有安全可靠、灵活、美观等优势。通常情况下,WPT系统的负载变化范围较宽,如何保证在宽负载变化范围内实
学位
全球经济的大力发展拉动了能源在当今各国战略局势和经济形势的地位。作为世界上最主要的工业生产原料之一,也作为最具金融属性的非再生性资源,原油价格的波动受到了市场供需关系、股票外汇市场和全球政策走向的影响,同时它本身带来的油价冲击对各国经济和金融市场的影响也不可小觑。随着原油本身的金融化程度加深,其与金融市场上的资产定价、投资组合选择、套期保值策略和风险管理等金融交易的联系愈发紧密,因此摸索和洞悉原油
学位
研发高性能负极材料是开发高比能锂离子电池(LIB)的重要研究方向。然而,基于转化反应或合金化反应的高容量负极材料在脱嵌锂过程中具有巨大的体积变化,从而造成电极结构不稳定和严重的容量衰减。虽然通过纳米化、造孔、碳包覆等策略可以显著提升合金化负极材料的循环性能,但纳米材料较低的振实密度和过大的比表面积反而会降低电极的体积比容量和库伦效率。此外,鉴于锂的储量和成本问题,钠离子电池(SIB)由于较低的成本
学位
高速列车已成为现代社会的一种重要交通工具,其中良好的弓网交互特性是实现高速列车安全稳定运行的重要保证。在实际运行中,弓网系统将不可避免地受到横风影响,同时在高寒、高湿等气候复杂地区,接触网会出现因覆冰而改变自身气动特性等行为,从而在横风作用下发生舞动,影响弓网交互甚至导致接触网设施的破坏。因此,开展横风作用下弓网耦合系统复杂动力学行为研究尤为必要。本文发展了三维受电弓-非线性覆冰接触网耦合模型,其
学位
二向反射特性(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)遥感建模是在研究电磁波与地物相互作用的基础上,建立遥感观测的电磁波辐射信息与地表空间结构、地物属性、太阳入射几何及传感器观测几何等参量之间定量关系的模型,是理解地表方向反射率和反演地表生物物理/生物化学参量的理论基础。目前,二向反射特性遥感建模在平坦地表和崎岖地表上均有探究,并发
学位
青藏高原水汽输送和水汽循环过程的变化对青藏高原及周边地区水循环具有重要影响。从水汽源-输送通道-水汽汇的角度,印太暖池-大气-青藏高原共同构成了水汽输送全过程,表现为半球尺度的海-气-陆复杂的水汽循环系统。然而,目前对青藏高原水汽输送与印太暖池海气作用关系的认识尚不充分,水汽源和输送过程时空变化并未刻画,关于印太暖池水热活动变化影响高原水汽输送的研究仍然缺乏。基于多源再分析资料、遥感和观测资料,本
学位
生存分析在许多领域被用于数据分析,尤其是在医学和生物科学领域应用广泛。此时,关注的事件往往是死亡、疾病的发病或疾病症状的消失,事件发生的时间称之为失效时间。部分区间删失数据是生存分析中一类常见且复杂的数据类型,该数据中一些失效时间能被精确地观测到,而另一些失效时间只知其在某区间内。一般来说,右删失和区间删失都可以看作部分区间删失的特例。由于部分区间删失数据独特的数据结构和复杂的删失机制,对其进行分
学位