【摘 要】
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高速运移的滑坡-碎屑流沿着径流路径与基层物质发生强烈地相互作用,在此过程中剪切破坏基层物质并裹挟其一起向前运移,这种现象称之为“铲刮效应”。铲刮效应的存在显著地改
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高速运移的滑坡-碎屑流沿着径流路径与基层物质发生强烈地相互作用,在此过程中剪切破坏基层物质并裹挟其一起向前运移,这种现象称之为“铲刮效应”。铲刮效应的存在显著地改变原有滑体的动力特性,导致滑体方量在高速运移过程中显著增加,增大滑坡-碎屑流灾害防治难度。实际工程中滑坡-碎屑流铲刮过程具有复杂性和突发性,且影响因素众多,兼受监测技术手段局限,现场原位研究难度大。为了揭示“铲刮效应”及其相关影响因素的影响规律与作用机理,本文基于碎屑流铲刮基层的作用机理,引入浓度悬浮模型用于描述混合区土体动力特性,从而建立了考虑基层裹挟的HBP模型,并采用SPH方法求解;利用开源SPH软件DualSPHysicv4.4模拟两个小尺寸常重力模型试验,验证了模型的有效性,在此基础上深入分析了“铲刮效应”的形成过程及其作用机理。然后系统性地探讨了滑坡-碎屑流和基层物理力学参数变化对滑体运移规律、基层破坏形态及铲刮效应的影响规律,并初步从本构方程和能量守恒的角度揭示各项影响因素的作用机理,数值计算结果表明:(1)滑坡-碎屑流对基层的铲刮作用可以初步分为向下侵蚀基层的侵蚀效应和向前推挤基层的犁耕效应,侵蚀效应是指滑坡-碎屑流在平行于基层运动的过程中,刮蚀基层材料,裹挟其一同运动的效应。而犁耕效应是指滑坡-碎屑流向前推挤基层材料,使之发生塑性流动的效应。二者相互影响,相互耦合,同时数值试验显示犁耕效应是促使干性碎屑流实际影响范围增大的主要原因。(2)基层材料物理力学参数对铲刮效应、滑体的动力特征影响很大,碎屑流引起侵蚀深度和基层隆起范围随基层厚度而增大并收敛于某极限值。基层材料的内摩擦角、粘聚力和动力粘度的增加均会减少碎屑流对基层的侵蚀深度,而仅有粘聚力的增加能显著地减小因铲刮导致的基层隆起范围。(3)碎屑流引起侵蚀深度和基层隆起范围随基层厚度而增大并收敛于某极限值。控制滑体到达基层的动能不变,在基层厚度不足时,铲刮深度与碎屑流影响范围随着基层厚度的增大而增大,而当基层厚度足够时,碎屑流最大侵蚀深度只与碎屑流达到基底的运动能量有关。(4)滑体材料物理参数变化对铲刮效应的影响较为复杂,合理土体物理力学参数范围内,增大滑体材料的力学参数会使犁耕效应有所增加,但由于碎屑流流动范围的大幅减小,基层隆起范围在不同程度上均有所减少,增大滑体的内摩擦角和粘聚力,有助于减少基层材料的铲刮深度,而增大滑体的动力粘度则会使铲刮深度呈现先减少后增加的趋势。
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