岩溶山区高速远程崩滑-碎屑流运移过程研究

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高速远程崩滑-碎屑流是指高陡斜坡上大规模岩体失稳后以快速岩屑流的形式似流体状态长距离的运动过程。本文通过对岩溶山区的贵州省安顺市关岭大寨高速远程崩滑-碎屑流灾害点进行现场调查分析,以斜坡滑槽物理模型试验为研究手段,进行不同高度、不同粒径配比的崩滑-碎屑流研究,得到不同高度以及不同粒径配比的碎屑流颗粒运动速度以及运移距离的规律。运用PFC建立与斜坡滑槽物理模型1:1的数值模型,模拟得到的距离与实际运动距离相一致。并对关岭大寨滑坡进行PFC三维离散元数值模拟分析,研究岩溶山区高速远程崩滑-碎屑流运动过程的规律。主要研究成果有:(1)通过碎屑流滑槽试验,在高度、坡角、质量以及滑面材料相同的条件下,按相同粒径配比(大小颗粒比例为7:3)的不同粒径大小均匀混合的崩滑体运移距离基本一致,运移范围也大致相同。表明相同粒径配比的任意颗粒组合对下滑运动过程中的运动距离没有影响。运动停止的堆积情况符合反粒序堆积现象,说明碎屑流在运动过程中存在分选作用,分选过程中存在能量的消耗,在颗粒混合条件下,碎屑流的运移距离最小。(2)在同一高度条件下,通过单粒径与混合粒径的下滑对比分析来看,相同质量的崩滑体,单一粒径的滑体比混合粒径配比的滑体运移距离要远。表明偏小颗粒的存在会阻碍整体的运动,单一粒径有利于颗粒维持运动惯性、减少摩擦耗能。通过公式计算单粒径颗粒的最远运动距离,试验所得单粒径的最远运移距离与公式计算的理论值基本一致。(3)选择2m、1.5m、1m三种不同高度,在固定坡角30°条件下,相同质量的混合粒径和单粒径下滑,速度曲线趋势图大致相同。通过三种高度下滑速度对比分析发现,各组在1m高度下滑达到最大速度所用时间最少,均在1.5s左右达到最大速度,说明达到最大速度的时间受高度影响较大,高度是影响最大运移速度的主要因素。(4)对斜坡滑槽物理模型试验建立数值模型,模型与原型比例为1:1,选取的球颗粒粒径为100mm~200mm、200mm~300mm,按照与实际模型试验中相同的粒径配比,即大颗粒与小颗粒比例为7:3,通过调整加速区与堆积区的摩擦系数使得最终的运动距离一致,模拟出与实际碎屑流颗粒的运动距离一致的运动模型,对致灾范围的研究具有一定的意义。(5)PFC3D较好地反演了关岭高速远程滑坡-碎屑流由启动到堆积的运动扩散全过程。整个运动过程历时200s左右,启动后20s左右达到永窝村组,与永窝村组山头进行强烈碰撞,速度达到最大值51.82m/s,撞击后速度开始急速下降,在160s左右,速度下降缓慢,到200s左右,速度为0。通过对模拟结果的分析发现PFC3D颗粒流程序在选取合理参数的情况下能较好的对三维堆积形态及影响范围进行模拟,可以对划定安全避让范围提供参考。
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