成都山地所研究生来站开展径流作用下泥石流起动试验
2008年5月12日的汶川大地震在强震区(约10万平方公里)造成了严重的地表破坏,触发了大约5-6万处的崩塌和滑坡,导致大量松散土体堆积于沟道或沟道两侧,为泥石流的形成提供了充足的物质来源。强震还改变了震后岩土体的物理力学性质,使其强度明显降低,从而降低了岩土体破坏形成泥石流的条件阈值。沟内的松散物质一旦遭遇强降雨,就极易形成大规模的泥石流,对灾区的恢复重建和人民的生命财产安全造成了严重威胁,成为震后威胁灾区安全的主要灾害类型之一。研究表明,地震灾区的泥石流等灾害活动具有滞后效应,其活跃时间将持续10-20年。由于沟床的松散物质逐渐积累增加的,大量的固体物质堆积在沟道中,具有形成泥石流的潜在可能性,对灾区人民的生命财产以及灾区的交通等基础设施的恢复重建造成了严重危害。因此,选择该类泥石流的起动机理作为研究对象具有重要意义。
在国家自然科学基金优秀青年科学基金支持下,2024年5月7日至2024年8月16日,成都山地所研究生杜永吉来站开展径流作用下泥石流起动试验。考虑细颗粒含量(0%-30%)、流量(1L/S-3L/S)、密实度(1.4 g/cm³-1.7g/cm³)、坡度(5°-20°)共4个变量。国内外泥石流起动的临界模型研究中,大多采用均匀沙、窄级配的沙和单一级配的材料,而忽视了沟床松散物质的颗粒级配以及土体密实度对泥石流起动的重要影响。以往的公式常引入的一些特殊粒径(如D50和D84等)和组合,带有强烈的经验性,这样导致参数太多且定义不同(如中值粒径D50就有多种计算方法)。导致建立的泥石流起动临界条件模型的适用性受到限制。标度分布理论(GSD)是李泳等人提出的一种普适性的颗粒分布曲线,认为土体颗粒级配的累积概率分布可以考虑用幂函数和指数函数进行描述,该方法对土体颗粒级配的描述具有一定的普适性,使用与各种性质的土体,并且构建具体的数学函数对土体颗粒级配进行了描述,具有一定的科学意义。
试验表明随细颗粒含量增多,土体渗透性呈现先减小后增大的趋势,在15%左右为临界点,且拐点位置对应休止角均小于其它材料。当水动力条件相同,由于细颗粒的加入,增大了粗颗粒的暴露度,降低了粗颗粒的起动条件。
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