砾石土孔隙水压力临界波动现象与泥石流起动

砾石土中高孔隙水压力长时间保持，临界时发生动态波动，对这种土力学现象的研究正在成为泥石流机理研究的关注焦点。国际泥石流界正在尝试用这种现象来理论解释泥石流起动、运动和沉积的动力学过程。本项目将在上述研究成果的基础上，依托中国东川泥石流观测研究站开展观测实验研究，利用高频高精度布拉格光纤光栅传感测试技术，实施室内模型实验与野外原型观测，开展数值模拟与理论分析，探索降雨入渗条件下斜坡体内孔隙水压力波动和土体液化过程，实验分析影响孔隙水压力波动的因素，揭示孔隙水压力波动与泥石流起动之间的关系，建立基于孔隙水压力波动特征参数的泥石流起动临界判别式，从力学机理上为滑坡泥石流等地质灾害的形成和预测预报提供一种新的理论和方法。

国内外学者对泥石流起动过程中孔隙水压力方面开展了大量的研究，并取得了丰富的研究成果，但也存在一些重要的问题有待进一步研究与探讨，如，土体级配特征、密度对孔隙水压力波动的影响、孔隙水压力波动与泥石流起动的关系等等。. 本项目通过文献评阅(300多篇国内外文献)、野外考察(10次都汶公路沿线泥石流灾害考查)、气象观测(野外实测泥石流起动降雨数据)、三维测量(野外测定泥石流特征参数)、水槽模型试验(12组)、原位试验(2组)、室内测试(测定土体物理力学性质)、数值模拟与理论分析等研究方法，以汶川地震震中牛圈沟泥石流为研究对象，系统地探索了震后松散砾石土在人工降雨入渗条件下的失稳破坏并激发泥石流现象。. 项目提出了震后松散砾石土的饱和渗透系数k与孔隙率n及等效粒径d20的计算公式；研究了在泥石流整个起动过程中孔隙水压力与土体含水量的空间分布规律及二者间的关系变化特征；分析了砾石土体级配与干密度对孔隙水压力波动的影响；完成了基于孔隙水压力的松散砾石土斜坡体失稳数值模拟；基于临界状态土力学理论，探讨了孔隙水压力波动与土体局部剪胀与剪缩的关系；研究了松散砾石土泥石流起动过程中孔隙水压力的波动特征，建立了包括砾石土干密度及土体颗粒级配的孔隙水压力波动特性的泥石流起动临界判别规律；探讨了泥石流孔隙水压力起动机理，在此基础上完善了震后砾石土泥石流起动机理。