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碎屑流冲击易液化层液化机理试验研究

碎屑流冲击易液化层液化机理试验研究

作者：赵华磊成都理工大学

学位级别：硕士

本文的主要研究内容是通过模型试验获得在相同坡度相同基底摩擦下不同碎屑流对堆积体的冲击引发堆积体液化然后滑动的速度和距离,分析堆积体内部孔隙水压力及震动信号和外部形态的变化从而得出影响滑速和距离的因素,浅析冲击液化机理。... 详细信息

本文的主要研究内容是通过模型试验获得在相同坡度相同基底摩擦下不同碎屑流对堆积体的冲击引发堆积体液化然后滑动的速度和距离,分析堆积体内部孔隙水压力及震动信号和外部形态的变化从而得出影响滑速和距离的因素,浅析冲击液化机理。试验设置为一段放置碎屑流的大斜度槽子和一段放置稳态堆积体的小斜度槽子,两者由一段相对弯曲的槽子相连接。碎屑流选用两种截然不同的材料:直径为15mm,表面光滑,形状极其接近圆形不易变形的钢珠和直径为2cm-5cm,表面粗糙,形状不规则的石块。两种材料都分为15kg、20kg、25kg三种重量。试验过程中模拟突发的、迅速的碎屑流在弯道处冲击进入堆积体。通过LabVIEW程序同步采集铺设的孔隙水压力传感器、微型震动传感器在试验过程中即时的数据,保证数据的可靠性。采用高速摄像机监控堆积体在对应时间的运动特性。然后对比不同类型碎屑流和不同质量碎屑流以及相同质量不同类型碎屑流的试验数据,深刻认识碎屑流冲击易液化层液化机理。总结前人的研究成果,结合本次试验研究结果,分析碎屑流冲击易液化层液化的启动机理和运移、速度、距离,试验结果表明:(1)冲击液化机理是堆积物在受到碎屑流剧烈撞击激发下,体积在极短时间内被压缩,颗粒发生振动,破坏原来的土粒之间的联结状态与结构状态。此时,原先由土粒通过它的接触点所传递的应力(有效应力),就要传给孔隙中的水分来承担,引起孔隙水压力的骤然增高,有效应力骤然降低,抗剪强度局部地或全部地丧失,即出现不同程度的变形或完全液化。土体在液化流动过程中,当超孔隙水压消散,液化土体又将恢复固体特征。(2)突发、高速的碎屑流对堆积体尤其是其后缘具有剥蚀作用。碎屑流的质量越大,剥蚀越强烈。不同类型碎屑流的剥蚀作用不尽相同,有强有弱。光滑、规则的碎屑流的剥蚀作用强于粗糙、不规则的碎屑流。光滑、规则的碎屑流留下的剥蚀痕迹更加密集,冲击后形成的冲击面更深,冲击形成的滑体更具有整体性。(3)碎屑流冲击堆积体后孔隙水压力的变化与碎屑流的质量有关。不同质量的碎屑流产生的冲击能量不同。在一定能量范围内,碎屑流的质量越大,堆积体被冲击后结构破坏的更快,孔隙水压力上升越快,到达的最大值也越大,液化程度高,造成滑速更快,孔隙水压力的消散也就更快。(4)碎屑流冲击堆积体后孔隙水压力的变化与碎屑流的类型有关。由于光滑、规则的碎屑流与堆积体的接触面更大更集中,所以更能使土颗粒振动,孔隙水压力上升,有效应力降低。即光滑、规则、密度大的碎屑流比粗糙、不规则的碎屑流更容易使孔隙水压力上升,且上升达到的最大值更大。(5)相同质量的碎屑流,光滑、规则的碎屑流冲击液化产生的能量更大,土颗粒运动的频率更高,孔隙水压力也就上升得越高。(6)碎屑流的质量愈大,堆积体滑移的速度愈快,加速度愈大,运移时间愈长,滑移的距离也就愈远。光滑、规则的碎屑流比粗糙、不规则的碎屑流对堆积体的冲击强烈,滑移的速度更快,距离更远。

关键词：碎屑流冲击液化孔隙水压力能量

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冲击诱发砂漏型岩溶塌陷机理及防灾监测启示

工程地质学报 2025年

作者：高旭吴诗晏鄂川李凌尹卓岩中国地质大学(武汉) 江西省交通投资集团有限责任公司抚州管理中心襄阳地质工程勘察院有限责任公司

我国桩基施工诱发覆盖型岩溶塌陷频发，揭示冲击作用下覆盖型岩溶塌陷机理是提出合理防灾监测方案的重要理论依据。本文以武汉市二元结构覆盖层岩溶区由冲孔桩施工诱发的张家湾砂漏型岩溶塌陷为实例，采用物理模型试验和PFC-CFD数值试... 详细信息

我国桩基施工诱发覆盖型岩溶塌陷频发，揭示冲击作用下覆盖型岩溶塌陷机理是提出合理防灾监测方案的重要理论依据。本文以武汉市二元结构覆盖层岩溶区由冲孔桩施工诱发的张家湾砂漏型岩溶塌陷为实例，采用物理模型试验和PFC-CFD数值试验探索砂漏型岩溶塌陷的冲击液化致塌机理，并据此得到了相应的防灾监测启示：1) 在靠近桩位的砂层底部布置孔隙水压力监测装置，随冲孔桩逐步向下施工，冲击激发的超孔隙水压力峰值会逐渐增大，若峰值接近或等于上覆地层有效应力时应开始预警。若继续冲击后孔隙水压力并不能恢复至原始孔隙水压力，而出现明显降低现象，则说明靠近此桩位下存在溶洞或岩溶管道且漏砂启动，应停止施工；2) 在靠近桩位的地表布置沉降监测装置，在未漏砂之前，同样可能监测到较小沉降量，且每次冲击停止后沉降量不再增加，此为冲击振密效应引起地表沉降。而当出现地表沉降加速，说明漏砂启动，应停止施工。

关键词：二元结构砂漏型岩溶塌陷超孔隙水压力冲击液化防灾监测启示

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滑坡冲击作用下的阶地砂质粉土层液化机理

工程地质学报 2020年第6期28卷 1329-1338页

作者：段钊董晨曦郑文杰唐皓马建全西安科技大学地质与环境学院中国西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室中国西安710054 西安建筑科技大学土木工程学院中国西安710055

为探究阶地饱和砂质粉土在黄土滑坡冲击荷载作用下的力学机理,选取泾阳南塬典型黄土滑坡LD37为研究对象。通过基本性质测试获取了阶地砂质粉土的物理、水理、颗粒级配和矿物组分等指标。采用自制冲击设备进行了3种饱和度条件下的冲击试... 详细信息

为探究阶地饱和砂质粉土在黄土滑坡冲击荷载作用下的力学机理,选取泾阳南塬典型黄土滑坡LD37为研究对象。通过基本性质测试获取了阶地砂质粉土的物理、水理、颗粒级配和矿物组分等指标。采用自制冲击设备进行了3种饱和度条件下的冲击试验,并对水分迁移和剪切强度变化等问题进行了分析,在此基础上探讨了冲击液化机理。结果表明:冲击荷载会使砂质粉土内部的总应力与孔隙水压力剧增,在应力波的作用下,出现多个峰值,且孔隙水压力在1 s内难以完全消散;80%与90%饱和度的砂质粉土受冲击会在深度方向上形成不同程度的液化,而70%饱和度的砂质粉土受冲击后沿深度方向并未发生液化;砂质粉土发生冲击液化时下部水分会向上部迁移,导致其上部土层含水率骤增,剪切强度骤减;冲击液化过程可划分为初始阶段、冲击挤压阶段和冲击回弹阶段。砂质粉土的冲击液化机理是一种由于快速冲压土体的不排水行为,导致其颗粒原始骨架结构破坏重组,从而引起其内部孔压快速积累的一种液化行为。

关键词：冲击液化砂质粉土滑坡易侵蚀层物理模拟

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滑坡冲击作用下阶地下垫层砂质粉土的液化响应机理

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滑坡冲击作用下阶地下垫层砂质粉土的液化响应机理

作者：董晨曦西安科技大学

学位级别：硕士

中国黄土高原因河流与降雨冲刷多狭长沟壑,台塬与河流冲刷形成的阶地垂直落距大,坡度小,因此易形成高速远程滑坡。高速远程滑坡拥有运动速度快、破坏能力强、致灾范围广等特点,因其在运动过程中的表现出的复杂力学原理,备受学界和工程... 详细信息

中国黄土高原因河流与降雨冲刷多狭长沟壑,台塬与河流冲刷形成的阶地垂直落距大,坡度小,因此易形成高速远程滑坡。高速远程滑坡拥有运动速度快、破坏能力强、致灾范围广等特点,因其在运动过程中的表现出的复杂力学原理,备受学界和工程界关注,研究高速远程滑坡的运动特征有助于提高人们对其致灾性的认知与管控。频繁的人类活动（灌溉作用）与黄土的自身遇水表现出的特殊性质（湿陷性、水敏性）造成泾阳南塬黄土滑坡频发,根据调查,有一半以上的黄土滑坡表现出高速远程的特点,多位学者经过研究指出,阶地易侵蚀层（砂质粉土）受滑体运动冲击产生的液化效应,是滑坡表现出高速远程特性的根本原因,因此,深入调查研究砂质粉土冲击液化作用下黄土滑坡高速远程运动机理,对泾阳南塬滑坡的风险管控有着很重要的意义。为研究砂质粉土冲击液化作用下黄土滑坡运动过程,达到滑坡灾害管控的目的。根据野外调查发现冲击液化的地质现象,设计了一套冲击试验设备,进行了砂质粉土的冲击液化试验,并通过室内剪切强度试验与含水率试验、微观试验、数值模拟等一系列手段对研究结果进行了佐证,最后,对黄土滑坡冲击作用下阶地易侵蚀砂质粉土的液化机理进行了论证,得到的结论如下:（1）冲击荷载会使砂质粉土内部的总应力与孔隙水压力剧增,从而使得其剪切强度骤降,促使滑坡滑动面下移、滑动面摩擦系数降低;（2）冲击作用下砂质粉土内部大孔隙崩塌是砂质粉土内部激发高额孔隙水压力的主要原因,当冲击力较大时,中、小孔隙也会被压缩与堵塞,土体内部颗粒与孔隙形态会发生重新分布与排列,从而引发冲击液化现象;（3）区别于振动液化所需的封闭不排水环境,砂质粉土在发生冲击液化时所处的是一种弱排水行为环境,当砂质粉土内部孔压积累的速度大于消散的速度时,砂质粉土会产生高额的孔隙水压力并发生液化;（4）冲击液化发生时阶地中砂质粉土及其它阶地沉积物内部的孔隙水压力升高会导致滑坡运动路径的摩阻力降低,且冲击产生的孔隙水压力越大,促滑效应越强。

关键词：滑坡运动冲击液化模型试验砂质粉土微观试验

贵州关岭县大寨崩滑碎屑流运动特征及成因机理探讨

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贵州地质 2015年第1期32卷 65-70页

作者：赵国宣朱要强贵州省地质环境监测院贵州贵阳550004

本文在国内学者对大寨崩滑碎屑流成因机理和运动特征研究的基础上,通过大寨崩滑碎屑流的地质环境背景、堆积体分布特征分析,对其运动特征和成因机理进行了探讨。研究认为:地下水水头对崩滑体失稳破坏起着主要作用,变形破坏过程为岩体松... 详细信息

本文在国内学者对大寨崩滑碎屑流成因机理和运动特征研究的基础上,通过大寨崩滑碎屑流的地质环境背景、堆积体分布特征分析,对其运动特征和成因机理进行了探讨。研究认为:地下水水头对崩滑体失稳破坏起着主要作用,变形破坏过程为岩体松弛—软化—动水压力—崩滑,碎屑流表现为能量转化和冲击液化,运动过程可划为"启动加速—惯性力作用减速—加速—减速停滞"四个阶段。

关键词：崩滑碎屑流动水压力冲击液化运动特征成因机理

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