滑坡碎屑流中碎屑颗粒的变形破碎与能量转化及其宏观动力学效应

基本信息
批准号:41772334
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:张明
学科分类:
依托单位:中国地质大学(武汉)
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈剑文,崔芳鹏,谢妮,唐扬,王正波,张晨阳
关键词:
能量转化滑坡碎屑流高速远程机制SHPB试验碎屑颗粒变形破碎
结项摘要

The catastrophic event induced by rock avalanche occurs frequently in the western China. Mechanisms of deformation and failure, and laws of energy transformation of grains are the key factors to reveal the transport mechanisms of rock avalanche. This study plans to use the sections exposed in the deposit of rock avalanche and some regular exploration methods to analyze the deposit structure, use scanning electron microscope to analyze the section morphology of grains, and use numerical modeling to obtain the dynamic parameters of grains. The results of above three methods could be comprehensively analyzed to study mechanisms of deformation and failure of grains during movement. Multi-cyclic loading and unloading test with triaxial apparatus is introduced to obtain energy transformation curves under different confining pressure and loading rate of grains acted by compressive stress. SHPB test in the field of rock dynamics is used to obtain energy transformation curves and dynamic impact strength curves under different strain rate of grains acted by impact load. The laws of energy transformation under above two kinds of loads could be analyzed using the curves obtained. With the results obtained from triaxial compression tests and SPHB tests, PFC discrete element method is improved to model the transport course of rock avalanche and energy transformation course of grains in it, through which the transport mechanisms of rock avalanche could be revealed. The conclusions of this study could be the theoretical basis of forecasting the hazardous zone of rock avalanche.

滑坡碎屑流导致的群死群伤事件在我国西部山区频繁发生,碎屑颗粒的变形破碎机理及能量转化规律是揭示其高速远程机制的关键因素之一。利用碎屑流堆积物中出露剖面辅以勘探手段,分析其堆积结构,利用扫描电镜分析碎屑颗粒的断面形态,利用数值模拟获取碎屑颗粒的动力学参数,通过对三者结果的综合分析,揭示滑坡碎屑流运动过程中碎屑颗粒的变形破碎机理;利用多循环加卸载三轴压缩试验获取岩石三向受压时,不同围压和加载速率下的能量转化曲线,引入岩石动力学领域的SHPB试验,获取岩石受冲击荷载时不同应变率下的能量转化曲线和动态冲击强度曲线,分析上述能量转化曲线,揭示滑坡碎屑流运动过程中碎屑颗粒的能量转化规律;利用岩石三轴和SHPB试验所得结果改进PFC离散元数值方法,再现滑坡碎屑流的运动过程和其中碎屑颗粒的能量转化过程,揭示滑坡碎屑流的高速远程机制。研究成果可以为高速远程滑坡的致灾范围预测提供理论依据。

项目摘要

我国西部高速远程滑坡碎屑流频发,对西部城镇和重大工程建设造成严重威胁。碎屑流流动过程中颗粒的破碎与能量转化是影响高速远程滑坡致灾范围的主要因素之一,揭示颗粒的破碎和能量转化机理,是对高速远程滑坡进行预测预报和风险评价的前提。本项目以鸡尾山和大光包高速远程滑坡碎屑流为研究对象,通过无人机影像、现场简单勘探、调查与统计等,揭示了滑坡碎屑流堆积物的物质组成、堆积结构、颗粒级配分布等堆积特征与规律,结果显示,在横剖面上,碎屑流堆积物除了表面约10m为大块石层,主要堆积结构为倒序堆积;在纵剖面上,碎屑流堆积物保持了源区地层的相对顺序,且从近端到远端颗粒级配逐渐减小。利用环剪试验和数值模拟,获取了滑坡碎屑流运动过程中颗粒的受力、变形和破碎特征,以及颗粒破碎的机理、影响因素和规律,揭示了滑坡碎屑流运移过程中颗粒主要受剪应力作用,颗粒破碎主要为剪切破碎,颗粒变形过程中聚集的弹性能量在破碎瞬间集中释放,能够引起颗粒之间的摩擦系数急剧减小。通过改进UDEC和PFC2D离散元数值方法,可以使它们模拟高速远程滑坡启动过程中滑面上和碎屑流流动过程中碎屑流内部的摩擦系数降低以及对高速远程滑坡宏观动力学过程的影响。以鸡尾山高速远程滑坡为例,利用改进的UDEC和PFC2D数值方法模拟其失稳、启动、凌空飞行、碎屑流运移的全过程,结果表明,由剪切弱化导致的滑带上摩擦系数降低可以使其剪出速度增加88.8~311.5%,位移增加4.9~64.2%;碎屑流运动过程中颗粒之间摩擦系数的降低,可以使其位移增加395~711m;因此,滑面上和碎屑颗粒间的摩擦系数减小是滑坡碎屑流高速远程效应的主要原因之一。通过上述研究,揭示了滑坡碎屑流运移过程中颗粒的破碎机理,并从颗粒破碎和能量转化角度揭示了滑坡碎屑流的高速远程机理,研究结论可以为高速远程滑坡的预测预报、风险评价与防治提供理论支撑。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

农超对接模式中利益分配问题研究

农超对接模式中利益分配问题研究

DOI:10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.2015.03.030
发表时间:2015
3

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
4

针灸治疗胃食管反流病的研究进展

针灸治疗胃食管反流病的研究进展

DOI:
发表时间:2022
5

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020

张明的其他基金

批准号:11705190
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860643
批准年份:2018
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21307122
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51477124
批准年份:2014
资助金额:79.00
项目类别:面上项目
批准号:11732015
批准年份:2017
资助金额:350.00
项目类别:重点项目
批准号:81571640
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:69872033
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:51409001
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51772082
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51305198
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61007031
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30860192
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51777086
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31601443
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71774158
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81860537
批准年份:2018
资助金额:34.80
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31371025
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41202200
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60979018
批准年份:2009
资助金额:16.00
项目类别:联合基金项目
批准号:11172147
批准年份:2011
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:81371530
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81470895
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:50873085
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:71271113
批准年份:2012
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:51273172
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:61673389
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31160421
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11773062
批准年份:2017
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:31700021
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51205384
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21875083
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:20704015
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51608452
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51404103
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:90307002
批准年份:2003
资助金额:25.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61273202
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81871331
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51704215
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81770748
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:61072081
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:81903674
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81402752
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1633119
批准年份:2016
资助金额:36.00
项目类别:联合基金项目
批准号:51504025
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60974037
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:11103055
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871092
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81171318
批准年份:2011
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:71403266
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11272273
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:81701095
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1233101
批准年份:2012
资助金额:36.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81200598
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50907029
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51705265
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61801368
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278385
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21905282
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81360175
批准年份:2013
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50373034
批准年份:2003
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:21902093
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30870686
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81271020
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:39770903
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
批准号:60674040
批准年份:2006
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:21374037
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:31460603
批准年份:2014
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31660273
批准年份:2016
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81600030
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30770717
批准年份:2007
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:41472264
批准年份:2014
资助金额:98.00
项目类别:面上项目
批准号:50973041
批准年份:2009
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:51608373
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

滑坡碎屑流持速效应机理研究

批准号:41202200
批准年份:2012
负责人:张明
学科分类:D0705
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

高速滑坡碎屑流机理研究

批准号:40171067
批准年份:2001
负责人:王治华
学科分类:D0113
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
3

地震触发高速远程滑坡-碎屑流全程动力学机理研究

批准号:41272382
批准年份:2012
负责人:邢爱国
学科分类:D0706
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
4

干碎屑流滑坡规模频率分布的研究

批准号:41807291
批准年份:2018
负责人:李郎平
学科分类:D0706
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目