5.12汶川大地震诱发大型崩滑灾害动力特征初探

对乙炔氧气混合气体中爆轰波与激波的正面对撞现象的实验研究是以高速摄影获 取两波对撞的x-t纹影图,以烟迹板记录对撞中的爆轰胞格图案,并基于激波 理论和经典CJ爆轰理论求解了两波对撞的稳态解并探寻其规律. 研究发现透射波系包括一道激波和爆轰波, 以及紧随爆轰波后的稀疏波区,这一结果对应于一维理论分析中的CJ解. 透射波系基本不受 初始压强影响;初始温度也只成比例地改变流场整体速度,温度越高,速度越快;对波系起 实质影响作用的是入射激波强度,激波越强,则整个透射流场呈现偏向激波的趋势;理论分 析还指出,稀疏波区的出现不可避免,当激波强度趋于声波稀疏波区趋于消失,激波越强则 疏波区趋于扩大. 两波对撞存在一个有限的转变阶段,透射爆轰首先减缓,接着迅速迸发为 过驱爆轰,然后再逐渐平衡为CJ爆轰. 对于强不稳定的燃气,对撞后爆轰波在空间上的发展 极不均衡,一些区域发生火焰面与诱导激波的严重脱离,随后的火焰面失稳发展为诱导激波 区内的爆轰波,实验观察到了这种爆轰在烟迹板上留下的极为精细的迹线.     

汶川震区文家沟泥石流成灾机理与特征

文家沟位于绵竹市清平乡,属于 5 ·12 汶川Ms8.0级地震极重灾区。地震发生后的3个汛期内,文家沟曾先后发生5次典型泥石流灾害,其中以2010年8月13日泥石流灾害最为严重,规模与灾情巨大,社会影响深远。在对文家沟泥石流跟踪调查的基础上,探讨了泥石流的成灾机理和特征。研究表明:(1)文家沟泥石流是地震和强降雨共同作用的结果,其成因可归纳为震因与物源以及雨因与水源两个方面,在整个泥石流形成和发生的过程中,呈现出洪流-侵蚀下切-崩滑-席卷-进一步侵蚀下切-进一步崩滑-增大泥石流规模—……的"滚雪球式"循环过程; (2)泥石流发生所需的雨量、雨强条件和水动力条件都显著降低,泥石流规模和雨量之间呈现出明显幂函数关系; (3)发生过程呈现出持续时间长、运动距离远的特征; (4)成灾过程呈现出明显的链式效应,危害形式多样; (5)泥石流频率呈现出高发性,规模呈现出放大性。最后提出了文家沟泥石流研究与防治的建议。     

磨西河流域泥石流流域形态的非线性特征

泥石流是磨西河流域地质环境演化的一个重要地表过程,研究该流域内泥石流的地貌发育及演化特征可为磨西河流域第四纪以来地质环境的演变提供重要信息。通过对流域51条泥石流沟地貌形态的统计分析发现,磨西河流域内泥石流的分布在空间上表现出明显的不均性,流域内泥石流沟的数量与对应的主沟长度、主沟纵比降及流域面积之间存在着明显的分形现象,具有较高的自相似性。结果表明,泥石流沟谷形态的非线性演化特征及现象是对磨西河流域冰川环境和地质构造环境响应的直接结果,主要体现在现代冰川对流域的强烈侵蚀和贡嘎山隆升而导致流域的强烈下切。研究结果可为流域内泥石流灾害的形成机理、防灾减灾及流域环境演化提供理论依据。     

碎片超高速撞击防护结构粒子场三维重构

为模拟空间碎片超高速撞击航天器防护结构表面材料喷射/溅射粒子场演化过程,并获取粒子场相关物理信息,基于粒子场同轴激光全息图像开展了碎片撞击过程的三维重构技术研究.首先对全息图像进行边缘剪切和缩放,将其划分为分辨率300×300左右的子图像以便于进行网格剖分;对于粒子堆叠区域子图像,采用基于三角化的网格剖分算法;剖分后形成的单一粒子采用Sobel算子提取其二维轮廓,然后将其投影到特定的三维空间形成三维形体;基于MAXScript语言实现了粒子场演化过程模拟.重构结果表明,无论是粒子场静态三维重构结果还是其演化过程均与撞击试验全息图像吻合较好,从而验证了该重构技术的有效性,为研究空间碎片对航天器防护结构的损伤效应提供了一种新的思路.     

汶川震区北川9.24暴雨泥石流特征研究

2008年9月24日汶川震区的北川县暴雨导致区域性泥石流发生,这次9.24暴雨泥石流灾害导致了42人死亡,对公路和其他基础设施造成严重损毁。本研究采用地面调查和遥感解译方法分析地震与暴雨共同作用下的泥石流特征,获取的气象数据用于分析泥石流起动的临界雨量条件。本文探讨了研究区泥石流起动和输移过程,并根据野外调查,分析了泥石流形成的降雨、岩石和断层作用,特别是强降雨过程与物源区对泥石流发生的作用。根据应急调查发现北川县境内暴雨诱发的泥石流72处,其分布受岩石类型、发震断层和河流等因素控制。根据对研究区震前和震后泥石流发生的临界雨量和雨强的初步分析,汶川地震后,该区域泥石流起动的前期累积雨量降低了14.8%～22.1%,小时雨强降低25.4 %～31.6%。震区泥石流起动方式主要有二种,一是由于暴雨过程形成的斜坡表层径流导致悬挂于斜坡上的滑坡体表面和前缘松散物质向下输移,进入沟道后转为泥石流过程;二是"消防水管效应"使沟道水流快速集中,并强烈冲刷沟床中松散固体物质,导致沟床物质起动并形成泥石流过程。调查和分析发现沟内堆积的滑坡坝对泥石流的阻塞明显,溃决后可导致瞬时洪峰流量特别大。研究结果表明了汶川震区已进入一个新的活跃期。因此,应该开展对汶川地震区的泥石流风险评估和监测、早期预警,采取有效的工程措施控制泥石流的发生和危害。     

四川泸定县泥石流灾害成因、特征与防治建议

泸定县地处川西高原与四川盆地的过渡地带,地质环境条件复杂,分布泥石流沟127条,发育密度054条·10km-2。在遥感解译和地面调查基础上,论述了泸定县泥石流灾害成因、发生特征、危害和发展趋势,提出了相关防治建议。(1)成因表现为复杂的断裂构造导致流域内松散物源丰富,较大的相对高差提供了良好势能条件,而汛期集中强降雨则提供了动能条件,且雨量条件中当日雨量与前期有效降雨量之间具有幂函数关系; (2)发生特征表现出典型的空间群发性(包括2005-06-30群发性泥石流、2005-08-11群发性泥石流和2006-07-14群发性泥石流)与时间的夜发性; (3)危害方式主要包括淤埋、冲毁、侵蚀、堵河4种,泥石流已造成74人死亡; (4)发展趋势表现为泥石流沟多处于形成期和发展期(113条,占89%),发生的年际准周期由20a缩短至不足10a,且发生条(次)由4条(次)增加至44条次(2005年); (5)泸定县泥石流防治的突出问题表现为城镇泥石流问题、泥石流堵塞主河问题、风景区泥石流问题与冲沟泥石流问题,建议通过科学规划、风险防御体系构建、土木工程治理、监测预警等措施予以防御。     

基于结构两相阻力分析的泥石流堆积形态研究

针对泥石流的结构两相阻力特征,采用结构两相阻力对泥石流的堆积形态进行了静力学分析,推导出在一般条件下泥石流堆积形态的公式,并讨论了在不同条件下泥石流堆积形态的特点。分析表明采用结构两相阻力对泥石流堆积形态分析可以较合理的模化阻力项,能够表现泥石流体复杂的成分结构组成,较真实的反映实际泥石流的堆积形态特征。在特定材料条件下,结构两相阻力项转化为单一材料阻力项,所得到的相应结论与已有对单一材料的分析结论一致。     

一维泥石流的静动力阻力特征研究及数值模拟

泥石流是山区多发的一种地质灾害,它的发生和发展威胁着人们的生命和财产安全,影响着人们的正常生活,因而需要加强对其发生和发展过程的研究。结合泥石流的动力模型方程采用数值模拟方法再现泥石流发生和发展的过程,是研究和预测模拟泥石流灾害的有效手段。目前的动力模型方程大多只关注动力过程,却忽视了静动力过程的统一,这将导致在一些情况下产生错误的结果。本文研究了一维泥石流的静动力阻力特征,通过修正泥石流动力学方程的阻力项,得到了具有静动力统一特征的模型方程。并以Roe格式的近似Riemann解为基础,采用MUSCL线性重构方法建立了具有较高精度和分辨率的有限体积数值求解。具体算例的数值验证表明,方程阻力项的修正是合理的,所建立的数值求解也是稳定和有效的。     

Rheometry for large-particulated fluids: analysis of the ball measuring system and comparison to debris flow rheometry

For large-particulated fluids encountered in natural debris flow, building materials, and sewage treatment, only a few rheometers exist that allow the determination of yield stress and viscosity. In the present investigation, we focus on the rheometrical analysis of the ball measuring system as a suitable tool to measure the rheology of particulated fluids up to grain sizes of 10 mm. The ball measuring system consists of a sphere that is dragged through a sample volume of approximately 0.5 l. Implemented in a standard rheometer, torques exerted on the sphere and the corresponding rotational speeds are recorded within a wide measuring range. In the second part of this investigation, six rheometric devices to determine flow curve and yield stress of fluids containing large particles with maximum grain sizes of 1 to 25 mm are compared, considering both rheological data and application in practical use. The large-scale rheometer of Coussot and Piau, the building material learning viscometer of Wallevik and Gjorv, and the ball measuring system were used for the flow curve determination and a capillary rheometer, the inclined plane test, and the slump test were used for the yield stress determination. For different coarse and concentrated sediment–water mixtures, the flow curves and the yield stresses agree well, except for the capillary rheometer, which exhibits much larger yield stress values. Differences are also noted in the measuring range of the different devices, as well as for the required sample volume that is crucial for application.     

Debris flows: Experiments and modelling

Debris flows and debris avalanches are complex, gravity-driven currents of rock, water and sediments that can be highly mobile. This combination of component materials leads to a rich morphology and unusual dynamics, exhibiting features of both granular materials and viscous gravity currents. Although extreme events such as those at Kolka Karmadon in North Ossetia (2002) [1] and Huascarán (1970) [2] strongly motivate us to understand how such high levels of mobility can occur, smaller events are ubiquitous and capable of endangering infrastructure and life, requiring mitigation. Recent progress in modelling debris flows has seen the development of multiphase models that can start to provide clues of the origins of the unique phenomenology of debris flows. However, the spatial and temporal variations that debris flows exhibit make this task challenging and laboratory experiments, where boundary and initial conditions can be controlled and reproduced, are crucial both to validate models and to inspire new modelling approaches. This paper discusses recent laboratory experiments on debris flows and the state of the art in numerical models.