循环冻融作用下冰碛土的碎化效应及其对泥石流启动的影响试验研究

Focuses on the fragmentation of glacial till after the freeze-thaw cycling in high altitude mountain region because the facilities and engineering often suffer hazards from debris flows in this region. This research take Moxi basin which locate at the east slope of Mt.Gongga in Sichuan province as an example, the freeze-thaw cycle experiment, CT scan, situ experiment, physical simulation test and mathematics methods are adopted to research the meso-structure of glacial till both consolidate and unconsolidate, comparative analysis their difference after the freeze-thaw cycle, reveal the damage mechanism of their fragmentation before and after freeze-thaw cycling from microscope, and then give the quantitative parameters which can assessment the effects of fragmentation to the meso-structure of glacial till. Based on these research, this project will carry out the debris flow initiation test of glacial till before and after the freeze-thaw cycling, after statistic analyzing the relationship between glacial till and hydraulic parameters, identify the threshold of debris flow initiation from glacial till, reveal the macro-action of debris flow initiation caused by the meso-structure change of glacial till in high elevation mountain. This research can provide scientific evidence to reveal the mechanism and to mitigating the hazards of debris flow in this region.

课题针对高寒山区工程建设频繁遭遇泥石流的问题，以冰碛土在循环冻融作用下产生的碎化现象为切入点，选取四川贡嘎山东坡磨西河流域为研究区，拟采用循环冻融试验、CT扫描、现场试验、物理模拟试验、测试分析及数理统计等技术方法，查明具有胶结和非胶结性冰碛土的三维细观结构特征，对比分析它们在循环冻融作用下的破坏差异，从更微观的角度揭示冰碛土在循环冻融作用下产生碎化的过程与机制，提出循环冻融对冰碛土细观结构影响的量化评价指标，在此基础上深入开展冰碛土启动形成泥石流的试验研究，确定冰碛土在循环冻融前后启动形成泥石流所需的临界水力学参数值，揭示高寒山区冰碛土细观结构变化产生的宏观泥石流灾害效应，为这类泥石流的形成机理认识及防灾减灾提供科学依据。

冰碛土是我国西部高寒高海拔山区泥石流形成的一个重要物源，随着近年来我国西部地区川藏铁路、中尼铁路、雅鲁藏布江下游水电站开发等系列国家重大工程的实施，山区冰碛土启动形成泥石流的强度和频次都呈逐渐上升的趋势，许多铁路、公路及水电站等基础设施建设都遇到了这类泥石流的问题，探索这类泥石流的形成机理对高寒山区工程建设评估及防灾减灾都具有重要的理论与实践意义。课题针对高寒山区工程建设频繁遭遇泥石流的问题，以冰碛土在循环冻融作用下产生的碎化现象为切入点，选取四川贡嘎山东坡磨西河流域为研究区，采用野外调查、循环冻融试验、CT扫描、现场试验、物理模拟试验、扫描电镜分析及数理统计等技术方法，完成了冰碛土循环冻融实验、土体启动形成泥石流模拟实验、冰碛土细观结构特征等主要内容研究。.通过研究，初步查明具有胶结和非胶结性冰碛土的三维细观结构特征，对比分析了它们在循环冻融作用下的破坏差异，从细观的角度揭示冰碛土在循环冻融作用下产生碎化的过程与机制，提出了循环冻融对冰碛土细观结构影响的量化评价指标，在此基础上完成了冰碛土启动形成泥石流的野外现场实验和室内物理模拟试验，提出了冰碛土在循环冻融前后启动形成泥石流所需的流速及流量两个关键临界水力学参数值，在此基础上分析了高寒山区冰碛土细观结构变化产生的宏观泥石流灾害效应，相关研究成果可为这类泥石流的形成机理认识及防灾减灾提供科学依据。通过研究，获取了冰碛土在不同循环冻融次数下的孔隙率、孔径 PSD、颗粒形状等土体结构参数随循环冻融次数增加的变化数据，这些数据为下一步冰碛土边坡稳定性防治设计理论及关键技术参数的确定具有重要意义。