降雨诱发泥石流起动研究

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2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生了8.0级大地震,地震中产生了大量的松散堆积体,使得震后相当长时期内泥石流灾害备受关注。在泥石流发生发展的成灾全过程中,起动过程是一关键环节。暴雨是诱发泥石流起动的主要因素之一。基于汶川地震区特殊的地质地形条件及降雨条件和灾后重建的需要,非常有必要对汶川地震区(受汶川地震严重影响的地区)的泥石流起动进行深入的研究。本文在野外实地调查的基础上,采用室内试验和数值模拟结合的方法,以北川土实验和基本参数为基础,分析各因素对汶川地震区泥石流起动的影响及泥石流起动机理。主要研究内容包括:   ⑴研制了人工降雨试验装置。该装置可以方便的控制雨强的大小。利用研制的试验装置,分别针对粉细砂和北川土进行了人工降雨诱发泥石流起动的试验,得出降雨强度、底床坡角等因素对泥石流起动所需降雨历时与雨强关系的影响。从力学和物理上分析泥石流起动的过程,得出了泥石流起动所需降雨历时与降雨强度及底床坡角的拟合关系;同时发现细颗粒对泥石流起动起到很重要的作用。   ⑵为研究细颗粒的作用,利用圆柱筒进行了人工降雨渗流冲刷试验。得出了降雨渗流作用下,冲刷出的细颗粒量、水量等随降雨强度和土层深度的变化规律;研究了在降雨作用下细颗粒在土体内部沿深度的运移的规律及细颗粒运移受降雨强度和土层深度的影响;从细颗粒随含水量变化在粗颗粒间的作用的转变和细颗粒运移两个方面阐述了降雨诱发泥石流的起动机理。   ⑶采用FLAC软件对降雨诱发泥石流起动进行了流固耦合分析,引入修正的Mohr-Columb模型,综合考虑水气两相对泥石流起动的影响,得到了土体饱和度、孔隙水压力等的分布及其随降雨历时的变化规律;提出了采用特征点位移突变作为泥石流起动的判别标准。数值模拟得到的泥石流起动降雨历时和雨强的关系结果与室内试验结果对比表明,二者吻合较好。   ⑷本试验采用的土体仅限于北川魏家沟,要使结果能应用于汶川等更广泛的地区,还需要进行更多的试验。在数值模拟方面由于软件的局限性,还不能模拟细颗粒在泥石流起动中作用,希望以后能在这方面做进一步的分析。
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