高速遠程滑坡-碎屑流“裹氣流態化”減阻機理研究

項目摘要

本項目研究高速遠程滑坡-碎屑流的裹氣流態化減阻機理。首先，通過流化床試驗和流變試驗，測定碎屑流在不同氣-固比下的流變特性參數；然後，據所得流變參數，通過所選取的三個典型實例的三維相似模型試驗，研究高速滑坡-碎屑流沿不同斜坡運動路徑上的平面運動形態、速度分布情況、滑床鏟刮特徵及碎屑堆積結構等運動學特性參數；再基於顆粒流技術PFC-3D方法的基本理論和物理模型試驗數據，建立碎屑流運動過程的數值模擬方法，最大程度的實現對碎屑流運動機理的精細模擬，並將所得結果與試驗結果進行對比，揭示碎屑流遠程運動的流動規律和動力學特徵，建立高速遠程滑坡-碎屑流流態化不同運動階段的運動速度、運動距離、覆蓋面積的計算公式。其研究成果對於揭示高速遠程滑坡-碎屑流運動規律及機理，防災減災，具有重要的科學理論價值及工程套用前景。

結題摘要

高速遠程滑坡運動過程中常表現出超常的高速度和異常高的流動性，是自然界中具有極端破壞力的地質災害現象之一。在其運動過程中，由於有適宜的地形條件（如溝谷圈閉地形），或特殊運動過程的存在（如高剪下熱能產生水蒸氣），高速運動的滑體內部極易形成圈閉氣流，產生浮力作用，形成氣、固二相流。為探索滑體運動過程中強烈的氣體摻入對其高速運動特徵的影響，本項目以研究高速遠程滑坡“裹氣流態化”減阻機理為目標，選取汶川地震過程中所發生的若干典型高速滑坡實例為研究對象，開展研究。首先，自行設計流化床實驗裝置、圓環式旋轉剪下實驗裝置和三維物理模型實驗裝置，開展一系列實驗研究，探討了裹入氣流對滑體運動特性的影響；其次，藉助FLUENT軟體，對滑體高速運動過程中所產生的超前衝擊氣浪進行了模擬分析，並基於數值模擬結果，藉助LS-DYNA軟體，對超前衝擊氣浪作用下，建築物的破壞特徵進行了全過程模擬。通過上述研究，主要得到以下幾點結論：（1）滑體內部氣流的裹入，可明顯降低滑體的動態抗剪強度，起到減阻作用；由於滑坡碎屑顆粒的高度不規則性，其間易形成“架橋”現象，氣流不易擴散，當滑體內裹入氣流足夠多時，將會在其下方形成高壓氣墊層，產生空氣擎托現象；沿三維複雜地形條件下，隨著滑體內部氣體裹入量的增加，可見滑體運動距離增加的現象。由此可見：高速遠程滑坡運動過程中氣流的裹入可在一定程度上促進滑坡的高速遠程運動。（2）三維物理模型實驗研究亦發現：滑體在運動過程中具有明顯的流體運動特性。滑體在高速運動過程中，溝谷岸坡地形約束條件下所引起的碎屑流“分流-匯流”運動過程，可導致滑體表面縱向“溝-脊”相間流態化堆積地貌的形成；而碎屑顆粒的無側限跳躍式擴離運動，則可在運動路徑上形成共軛“X”型堆積形態。（3）在滑體的高速運動過程中，其前方可產生破壞性超前衝擊氣浪。研究發現：在牛圈溝滑坡和王家岩滑坡的高速運動過程中，其前方超前衝擊氣浪壓強峰值分別高達657 Pa和600 Pa，相當於11級暴風的強度；在謝家店子滑坡的高速運動過程中，其前方超前氣浪的峰值壓強則高達385 Pa，相當於10級暴風的強度，均可對沿途障礙物造成毀滅性的破壞。此外，在滑體的高速運動的過程中，當其前方一定範圍內出現較為高大的障壁時，碎屑流前方來不及擴散的高壓氣流將產生極為明顯的壓強梯度變化，增強氣浪的破壞能力。該研究成果對於揭示高速遠程滑坡運動規律及機理具有

高速遠程滑坡-碎屑流“裹氣流態化”減阻機理研究

基本介紹

項目摘要

結題摘要

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