细颗粒含量对泥石流运动及堆积特性的影响研究

This Program will focus on rainstorm debris flow situated on earthquake area of Wencuan and Xiaojiang basin in Yunnan Province and apply a method combined field survey, flume experiment with theoretical analysis to study the effect of fine-particle content on dynamical and deposition characters of debris flow. The samples of debris flow located in study areas will be collected in this Program through field survey and sieved in the indoor laboratory. Mean fine-Particle content and grain composition in study areas will separately be gained by statistical analysis. According to the results obtained by statistical analysis, lots of dynamical and deposition experiments of debris flow with different fine-particle contents will be reasonably carried out. Flow regime and resistance characteristic of debris flow with different fine-particle contents will be studied by Savage Number, Bagnold number and Reynolds number. Liquefaction degree debris flow and dissipation coefficient of pore-fluid pressure with different fine-particle contents will be studied by combining the experimental data with theoretical analysis. Furthermore, the formulas of speed and run-out of debris flow will be obtained based on theoretical analysis. These research results in this program can Provide a reliable theoretical basis and technical support for the risk assessment and prevention engineering design of debris flow hazards.

本项目拟以汶川地震灾区及云南小江流域的暴雨泥石流为研究对象，采用野外考察、水槽实验与理论分析相结合的方法，研究细颗粒含量对泥石流运动及堆积特性的影响。通过野外科考采集研究区域内泥石流的泥石流堆积土样，调查泥石流堆积形态及冲出距离，并通过筛分获得泥石流样品的颗粒粒径组成。运用统计分析获得汶川地震灾区及云南小江流泥石流中平均细颗粒含量及平均颗粒级配曲线。根据统计分析的结果，合理地设计不同细颗粒含量条件下泥石流的运动及堆积特性的室内水槽模拟实验。运用Savage数、Bagnold数及Reynolds数等无量纲数研究不同细颗粒含量条件下泥石流的运动流态及阻力特性。结合实验获得的数据和理论分析研究不同细颗粒含量条件下泥石流液化程度及孔隙流体压力消散系数的变化规律。通过理论分析获得不同细颗粒含量条件下泥石流运动流速及冲出距离的计算公式，为泥石流灾害风险评估及防治工程设计提供可靠的理论依据及技术支撑。

本项目以汶川地震灾区及云南小江流域的暴雨泥石流为研究对象，采用野外考察、水槽实验与理论分析相结合的方法，研究细颗粒含量对泥石流运动及堆积特性的影响。本项目考察了包括大渡河流域（以田湾河流域为重点）、则木河-黑水河流域、小江流域、龙川江流域以及安宁河流域等5个流域。本项目针对研究区内86条重点泥石流沟进行了考察，采集泥石流样品40个，其结果显示汶川地震灾区以花岗岩等硬质岩为主，不易被风化，通常形成的泥石流黏粒含量少，使得泥石流体的流态主要以紊动型的泥石流为主，而小江等区域露的岩性多以砂岩、板岩、千枚岩等软质岩为主，容易风化，泥石流的流态主要以结构型的粘性泥石流为主。将泥石流视为一种特殊的固、液两相流体，通过理论分析研究了泥石流中细颗粒物质对液相流体及固相颗粒物质的影响，表明液相浆体屈服应力和粘性系数随着细颗粒含量的增加而增大，且随着浆体中细颗粒含量的增加，浆体的密度将会变大，使得静孔隙流体压力增大，减少了颗粒间的有效应力，从而使得颗粒间的摩擦作用变弱，细颗粒物质增加了液相浆体的粘性，这种粘滞作用很大程度上抑制了颗粒间的碰撞的频率，这在一定程度上抑制了塑性碰撞的能量损失。运用Savage数、Bagnold数及摩擦数等无量纲数研究不同液相流体对泥石流的运动流态及阻力特性。在泥石流流态分析的基础上，研究了泥石流固、液 流流速分布特性。进一步基于泥石流的混合流理论，建立了泥石流运动的动力学模型，分析了泥石流液相流体动力学参数对泥石流运动的不稳定性影响。基于水槽实验获得的数据研究了不同颗粒级配、不同容重、不同含水量条件下，泥石流运动堆积特性，堆积区的泥深、正应力和空隙水压力的变化特征反映了泥石流减速堆积过程。基于实验数据提出了不同坡度和容重条件下泥石流堆积体积及冲出距离的计算公式，为泥石流灾害风险评估及防治工程设计提供可靠的理论依据及技术支撑。