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颗粒级配代表组成土石体的颗粒的大小和比例,影响到土石体的结构特征、透水性、变形性以及与水相互作用的程度,因此对土石体变形、失稳、启动形成泥石流的过程有影响作用。目前的泥石流预测对于启动形成泥石流的土石体的颗粒级配尚考虑不足,这导致灾害预测对土石体性质变化缺乏响应,且不利于预测未发生过泥石流但人为改造程度大的区域的泥石流灾害暴发可能性。另外,目前缺乏对细粒组分为主的准泥石流体的研究,这种准泥石流体的粒度范围窄,其性质与启动过程都与常见宽级配、弱固结粗粒准泥石流体有较大差异,因此有必要专门进行研究。基于以上分析,本文以细粒准泥石流体为研究对象,主要研究颗粒级配对细粒准泥石流体物理性质的影响,及级配协同底坡坡度、降雨强度对启动过程的影响,并总结不同级配(土质)细粒准泥石流体的启动模式。主要内容如下: (1)通过搜集泥石流研究资料,分析泥石流启动过程,找出颗粒级配变化导致哪些准泥石流体的性质指标产生改变从而影响到整个启动过程。经过比较,选择直接剪切试验的快剪方式获得细粒土体的强度指标、选择渗透试验获得土体渗透系数,从而量化颗粒级配对准泥石流体性质改变的作用;并选择小型人工泥石流启动模拟实验研究准泥石流体启动过程中的颗粒级配的影响。 (2)为研究颗粒级配对细粒土体强度下降过程的影响,设计强度特征分析试验。通过分析测得的不同级配土体的干重度、粘聚力、内摩擦角、土质类型数据得出:细粒土体的粘聚力随粘粒含量的上升而上升;内摩擦角随粘粒含量的增大先减小后增大;粘聚力和内摩擦角都随土体含水率的上升而下降;随干重度增大,低粘粒含量土体粘聚力变化较小,粘粒含量超过10%土体的粘聚力出现起伏,而内摩擦角随干重度变化起伏较大。 为研究颗粒级配因素对水分入渗的影响,设计渗透特性分析试验。通过分析测得的不同级配土体的渗透系数分析颗粒级配、孔隙比、干重度得出:粒径大于0.075mm的粗粒组分含量越高则细粒土体的渗透性越好;砂土、粉土、粘土的渗透系数依次减小,相邻两者间相差1-2个数量级。 (3)设计小型人工泥石流启动装置,达到坡面角度、降雨强度适当且可调节。由人工泥石流启动试验的现象、数据记录分析不同级配、坡度、雨强条件下准泥石流体破坏现象,由此分析针对于细粒准泥石流体的启动条件,研究土质(土体中粘粒、粉粒、砂粒含量)、坡度、降雨强度对细粒准泥石流体强度破坏和启动过程的影响。土体所含粗粒越多则在降雨作用下的整体性越差;降雨强度或底坡坡度的增大都导致径流对土体的冲击作用增强,而含水率增大引起的土体强度降低对土体破坏的贡献减小。 (4)由土工试验和泥石流启动模拟试验的数据分析研究细粒准泥石流体稳定性破坏的过程,比较了粗、细粒准泥石流体的物理性质和启动机理差异,并分析了不同土质细粒土体的启动可能性及其启动机制,填补泥石流启动研究的空白,丰富泥石流研究内容。粘土在自然状态下启动可能性较小;粉质粘土在大雨强降雨持续作用的情况下启动可能性较大;粉土在坡度平缓的情况下启动过程可概括为:土体吸水→内摩擦力降低→启动,在坡度较陡的情况下启动过程为:降雨形成径流→对土体表面强烈冲刷→坡体稳定性破坏→启动;砂土的主要启动机制为:降雨→雨水渗入土体→含水率增大→强度减小、自重增大→液化。