【摘 要】
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冰–岩碎屑流(rock-ice avalanche)是一种发育于高寒山区且掺混了冰屑的特殊高速远程滑坡,具有超强的运动性与致灾能力,其超强运动性与冰屑的特殊物理力学性质有关。本文针对冰屑对冰–岩材料运动性的影响机制,研发了斜槽实验装置与冰屑制备方法,利用图像处理技术开发了运动数据采集与读取系统,结合Mat DEM离散元分析软件,系统研究了含冰量、冰摩擦与冰融水等冰屑因素对冰–岩混合材料运动特性的影
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冰–岩碎屑流(rock-ice avalanche)是一种发育于高寒山区且掺混了冰屑的特殊高速远程滑坡,具有超强的运动性与致灾能力,其超强运动性与冰屑的特殊物理力学性质有关。本文针对冰屑对冰–岩材料运动性的影响机制,研发了斜槽实验装置与冰屑制备方法,利用图像处理技术开发了运动数据采集与读取系统,结合Mat DEM离散元分析软件,系统研究了含冰量、冰摩擦与冰融水等冰屑因素对冰–岩混合材料运动特性的影响,揭示了冰–水–岩相互作用及其影响机制。主要结论如下:(1)含冰量对冰–岩混合材料运动性存在双向影响机制。当含冰量较低时,正向影响显著,冰–岩混合材料的运动性随含冰量陡增;当含冰量中等时,正向影响降低,冰–岩混合材料运动性随含冰量缓慢提升;当含冰量较高时,反向影响显著,冰–岩混合材料运动性随含冰量增加而降低。(2)冰–岩颗粒粒间水在重冻作用下形成不同强度的“冰桥”,弱“冰桥”在运动过程中易断裂,耗散部分动能进而降低冰–岩混合材料的运动性;强“冰桥”形成“冰壳–岩核”包裹体,阻碍岩屑的密度分选,滑体底部多为冰屑所占据,进而底摩擦降低,冰–岩混合材料的运动性增强。(3)含冰量较低时,随粒间水增多,弱“冰桥”逐渐减少,液态粒间水润滑颗粒尖角,从而增强冰–岩混合材料的运动性;粒间水进一步增多时,液桥、水膜发育,滑面拖曳力与粒间吸附力促进能量耗散,反而逐渐降低冰–岩混合材料的运动性。(4)动态持水率为粒间水的一种特征含水量,表征颗粒材料运动过程中在颗粒碰撞、振动与离心等作用下的极限赋水能力。当融水量超过动态持水率时,冰–岩混合材料运动过程中经历沿程质量损失,多余水分被下伏面截留与疏排。(5)颗粒材料在冰质滑面上呈现“颗粒流动、块体滑动”的组合式运动模式。自加速阶段至减速阶段前期,较低的底摩擦使颗粒流加速更快、减速更慢;减速阶段末期,颗粒材料失去流动性后,以“块体溜滑”形式远程运移。纯冰、非光滑滑面工况中亦存在“块体溜滑”现象。
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