头寨大型高速远程滑坡-碎屑流灾害的孕育、发生及扩散机理研究

论文摘要

大型高速远程滑坡-碎屑流,又名岩崩,是指大体积斜坡岩体失稳后快速转化为高速、远程碎屑流的物质坡移现象。由于其发生突然,可在低梯度沟床上远距离扩散,常造成重大的人员伤亡,但人们对于其孕育、发生及扩散机理至今尚未形成统一认识。二叠系峨眉山玄武岩（P2β）广泛分布于我国西南地区,自上世纪60年代以来发生于该岩系中的岩崩事件及其他大型滑坡事件已有多起,开展P2β滑坡-碎屑流灾害的研究能够加深人们对于此类灾害的理解,为其风险评价和防控提供更为充分的科学依据。本文以1991年发生于云南昭通头寨沟的大型高速远程滑坡-碎屑流事件作为研究对象,综合采用现场调查、室内外试验、解析分析、数值计算及数值模拟相结合的研究方法,对头寨滑坡-碎屑流灾害的孕育、发生及扩散机理进行研究,主要研究成果概括如下:1.源岩体在原生、次生构造的作用下产生预裂化,呈“碎裂-镶嵌”状结构;风化作用促进结构体向以“腐岩壳-核心石”为主的“土夹石”结构演化,导致岩体质量劣化,是该灾害事件发生的关键因素之一;位于坡脚附近、由新鲜玄武岩构成的锁固段的存在是头寨滑坡-碎屑流孕育与发生的另一关键因素。2.模拟锁固段失稳的大尺度岩石力学试验发现,破裂优先发育于加载端并产生激振加速度信号,该处应变大于中部测点应变。锁固段试样动力失稳产生的激振加速度呈脉冲状,其峰值与剪切速率及法向荷载呈正相关关系。小波包分析表明,集中于8-1频带（01.953 Hz）的能量占总能量的86.9%以上,且8-1频带内能量占比随着法向荷载及剪切速率的增加而增加。3.大尺度试样动力失稳过程中产生的声能及红外热像辐射温度均与加载速率及法向荷载量级正相关,声发射特征参数曲线呈阶梯状上升,临空面测点红外热像温度呈波动状上升。剪切带破裂面呈锯齿-阶梯状,这在具有更大锁固面积的玄武岩试样剪切带中体现得尤为明显,与现场锁固段的（反倾）台阶状微地貌吻合。4.头寨滑坡-碎屑流源岩体锁固段失稳的概念模型为:蠕变主滑体最先发生变形之后,荷载传递至前方锁固段的典型单元体（REV1）,导致其产生变形并产生裂纹,形成更小尺寸的“岩桥”;待其突破强度极限后,沿滑动方向的系列单元体（REVi）产生“多米诺骨牌式”或称“串联式”失稳。剪切带破坏产生的强弹性波场对滑体产生顶托及弹射作用,为坡体启动提供了初始速度及加速度。5.软弱滑带与锁固段倾角角度差越大、锁固段刚度越低,锁固型边坡系统越容易发生突变。锁固段破坏中释放能量大小与锁固段脆性及等效高度（埋深）正相关,与剪切带厚度负相关。6.头寨滑坡-碎屑流堆积体具有宽级配、差分选的特征,堆积体颗粒组成无明显沿程研磨变细现象;堆积体表面呈现的“戈壁”景观系降雨淋滤的产物,而非“反粒序”的体现。堆积体的碎裂化并非受控于扩散过程中的动力破碎,而是来自于源岩体的预裂化。7.滑坡-碎屑流扩散过程中应有空气被诱捕并圈闭于级配连续的堆积体碎屑之间,形成超孔隙气体压力;压缩空气弱化了颗粒之间的连接,造成颗粒悬浮,协助并维持碎屑流的高速远程扩散。气体动压数值计算表明,颗粒间的相对速度、气膜形态和厚度均能够影响颗粒间超孔隙气体压力的分布。不同粘结强度下的离散元颗粒流模拟(PFC3 D)结果显示颗粒粘结力的降低能够促进碎屑流的扩散。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及研究意义
•   1.2 相关领域研究现状及评价
•     1.2.1 滑坡-碎屑流的孕育
•     1.2.2 滑坡-碎屑流的激发因素
•     1.2.3 滑坡-碎屑流失稳演化模式
•     1.2.4 锁固段失稳研究
•     1.2.5 滑坡-碎屑流的扩散、堆积机理
•   1.3 目前研究存在的不足之处
•   1.4 本文研究内容及技术路线
•   1.5 本文特色和创新点
• 第二章 头寨滑坡-碎屑流事件的工程地质背景
•   2.1 引言
•   2.2 自然地理背景
•   2.3 工程地质背景
•   2.4 头寨滑坡-碎屑流基本特征
•   2.5 本章小结
• 第三章 头寨滑坡-碎屑流孕育的关键因素
•   3.1 引言
•   3.2 滑源区所处地貌环境
•   3.3 滑源区形态特征
•   3.4 滑源区岩体结构与物质组成
•   3.5 风化结构体的物理力学性质评价
•   3.6 头寨滑坡-碎屑流孕育的关键因素
•   3.7 本章小结
• 第四章 头寨滑坡-碎屑流源岩体锁固段失稳的试验研究
•   4.1 引言
•   4.2 试验概况
•     4.2.1 样品制备及试样物理力学参数测试
•     4.2.2 试验装置及加载方案
•     4.2.3 监测内容及测点布置
•   4.3 试验过程及试样破坏模式
•   4.4 试验结果及分析
•     4.4.1 剪切带应变演化
•     4.4.2 加速度激振信号
•     4.4.3 加速度激振信号的频谱及能量分布特征
•       4.4.3.1 加速度激振信号频谱及能量分布计算方法
•       4.4.3.2 加速度激振信号时频分布特征
•       4.4.3.3 加速度激振信号频带能量分布特征
•     4.4.4 声发射及红外热像演化特征
•       4.4.4.1 声发射参数特征
•       4.4.4.2 红外热像温度演化特征
•     4.4.5 试样破裂面三维形貌特征
•   4.5 本章小结
• 第五章 头寨滑坡-碎屑流源岩体锁固段动力失稳机理
•   5.1 引言
•   5.2 头寨滑坡-碎屑流源岩体锁固段动力失稳概念模型
•   5.3 锁固型边坡系统失稳的尖点突变理论分析
•   5.4 锁固段压剪破坏分析及其能量平衡关系
•   5.5 锁固段失稳所致的能量释放计算与坡体启动速度、加速度分析
•   5.6 本章小结
• 第六章 头寨滑坡-碎屑流堆积体特征及碎屑流扩散机理
•   6.1 引言
•   6.2 头寨滑坡-碎屑流堆积体级配特征
•   6.3 头寨滑坡-碎屑流堆积体颗粒形态特征
•   6.4 新鲜玄武岩碎屑形态特征
•   6.5 头寨滑坡-碎屑流扩散机理
•   6.6 基于不同粘结强度的PFC3 D滑坡-碎屑流扩散堆积模拟
•   6.7 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 论文主要结论
•   7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 任喆

导师: 徐则民

关键词: 滑坡碎屑流,峨眉山玄武岩,孕育过程,锁固段失稳,堆积体,扩散机理

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 昆明理工大学

基金: 国家自然科学基金-云南联合基金重点项目(U1502232,U1033601),教育部高等学校博士学科点专项基金(201353140005),昆明理工大学分析测试基金(2017P20153110002)

分类号: P642.2

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.001935

总页数: 189

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