《降雨誘發滑坡型土石流宏細觀機理研究》是依託同濟大學，由周健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：降雨誘發滑坡型土石流宏細觀機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周健
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
土石流研究是當前熱點課題之一，而土石流機理比較複雜，單從巨觀或連續角度研究土石流機理可能會遇到瓶頸。本申請項目在前期研究的基礎上，利用可視化細觀測試分析系統，通過室內模型試驗、離心機模型試驗和非飽和數值模擬，從細觀層面揭示滑坡型土石流形成及局部護坡治理的宏細觀機理：(1)研究滑坡型土石流形成的關鍵因素，揭示縮尺條件下滑坡型土石流的宏細觀力學機理；(2)揭示接近實際應力場條件下滑坡型土石流形成過程的顆粒細觀組構演化規律和巨觀力學特性，建立滑坡型土石流細觀和巨觀力學參數之間的聯繫；(3)考慮土石流的非飽和特性，建立能反映非飽和特性的分析模組，提出土石流非飽和離散-連續耦合數值分析方法；(4)從細觀角度研究滑坡型土石流局部護坡治理的巨觀力學特性，揭示滑坡型土石流局部護坡治理的宏細觀機制。本研究可為滑坡型土石流形成機理和治理機制的深入研究提供細觀力學基礎，還可為土石流減災提供理論依據。
結題摘要
降雨誘發滑坡型土石流的啟動機理和力學過程比較複雜，單從巨觀或連續角度研究可能會遇到瓶頸。在課題組前期研究的基礎之上，利用可視化細觀測試分析系統，進行室內模型試驗和離心機模型試驗，並結合離散元數值模擬，從宏細觀結合和非連續的角度系統地研究了降雨誘發土石流形成的演化規律，並揭示了土石流的形成機理。 通過室內模型試驗，發現降雨強度是形成滑坡型土石流的關鍵因素。降雨強度較低時，坡體容易發生分層滑動，一般不會形成土石流；當降雨強度較高時，坡體容易發生整體流滑後迅速流態化，形成土石流。不同土體形成土石流時，所需的臨界降雨強度不同，粗砂和細砂坡體形成土石流的臨界降雨強度分別為50mm/h和36mm/h。當細粒含量為10%時，土石流發生的臨界降雨強度為36mm/h，當細粒含量達到20%時，坡體不再發生土石流。 通過離心機模型試驗揭示了接近實際應力場條件下滑坡型土石流形成過程的顆粒細觀組構演化規律和巨觀力學特性，離心機模型試驗的土石流形成的巨觀演化規律與室內模型試驗基本一致，但孔隙水壓力的變化幅度大，孔壓峰值高，孔壓變化規律更接近現場試驗情況。 通過模型和離心機試驗，建立了滑坡型土石流細觀和巨觀力學參數之間的聯繫。通過考慮土石流形成過程的非飽和特性和非連續特性，採用微小顆粒模擬水對離散元數值模擬軟體PFC3D的模擬方法進行了改進。運用改進後的方法對降雨誘發土石流的室內模型試驗和離心機模型試驗進行數值模擬，取得了和模型試驗相似的結果。 室內模型試驗發現，土石流“錨桿-護坡”治理的效果比其它三種形式要好。室內模型試驗和離心機模型試驗發現，在“錨桿-護坡”的濾水固砂作用下，坡體形成“底部細顆粒積聚密實，上部粗顆粒骨架穩定”的相對穩定結構，坡體產生滑動並形成土石流的機率減小。 本項目從宏細觀角度揭示了土石流的形成機理，不僅為土石流的深入研究提供了細觀力學解釋，還為土石流防災減災提供了理論依據。
