高速远程滑坡动态剪切过程中热孔压与热润滑减阻机理研究

Rock avalanche dynamics is a great challenging pioneering issue in the field of engineering geology over the world. Basal facies as the key layer for the hypermobility of rock avalanches, their dynamical properties become an international hot issue currently. Relying on the detailed field investigations of typical rock avalanches, the engineering geological models will be built firslty. Then, a series of dynamic shearing tests will be carried out using the low- to high-rotary shear apparatus through the design of a new shearing box, to learn the physical and mechanical properties of the rock avalanche basal facies. After that, the mathematical models of the thermal pressurization and thermal moisture fluidization mechanisms will be proposed through the analysis of the experimental data. Finally, with the establishment of a new constitutive model, the whole dynamic evolutions of the sheared samples will be studied to reveal the thermal pressurization and thermal moisture fluidization mechanisms in the high-velocity shearing process of rock avalanche. This research will provide scientific insights into the hypermobility of rock avalanches, but also advance understanding of key theories on rock avalanche dynamics over the world.

高速远程滑坡动力学机理是国际工程地质领域亟待解决的重大前沿性关键科学问题，滑坡基底层作为高速远程滑坡低摩阻远程运动的控制层，其动力学特性是目前国际滑坡动力学机理研究关注的热点问题。本项目通过典型高速远程滑坡实例宏细观结构特征的现场翔实调查，概化滑坡的工程地质模型；采用国际先进的旋转剪切实验仪，研制能够实现试样内部温度和超孔隙气压力精准测量的剪切盒装置，进行滑坡基底层试样的系列动态剪切实验，研究滑坡基底层试样动态剪切过程中的物理与力学特性演化规律；基于丰富的实验数据分析，提出高速远程滑坡热孔压与热润滑效应的数学量化模型；构建滑坡基底层试样动态剪切作用的本构模型，实现高速剪切作用下滑坡基底层试样动态演化全过程的细观模拟，揭示高速远程滑坡动态剪切过程中热孔压与热润滑减阻机理。项目成果不仅可为高速远程滑坡的超常运动特性提供合理的机理解释，亦可丰富国际高速远程滑坡动力学机理的重大理论。

高速远程滑坡动力学机理是国际工程地质领域亟待解决的重大前沿性关键科学问题，滑坡基底层作为高速远程滑坡低摩阻远程运动的控制层，其动力学特性是目前国际滑坡动力学机理研究关注的热点问题。本项目聚焦高速远程滑坡基底层动力学特性，主要开展了三方面的研究工作。首先，通过典型高速远程滑坡表面流态化地貌特征和内部剪切组构特征的翔实调查与分析，提出不同工程地质背景下高速远程滑坡的运动模型；其次，自行研制物理模型试验系统，通过系列物理模型实验研究工作的开展，发现了高速远程滑坡运动过程中的垂向差异性动力破碎规律，实现了高速远程滑坡颗粒流运动过程中底部应力波与滑震信号的有效提取，阐明了颗粒流底部应力波的演化规律；最后，以乱石包高速远程滑坡为研究对象，构建相应数值分析模型，实现了考虑摩擦热效应的滑坡运动演化全过程有效模拟，从细观角度论证了滑坡的流态化运动模式与摩擦热效应，拓展了高速远程滑坡摩擦热减阻动力学理论。项目成果不仅可为高速远程滑坡的超常运动特性提供合理的机理解释，亦可丰富国际高速远程滑坡动力学机理的重大理论。