无黏性土滑坡型泥石流形成机理的离心机模型试验研究

周健; 杜强; 李业勋; 张姣

doi:10.11779/CJGE201411006

无黏性土滑坡型泥石流形成机理的离心机模型试验研究 English Version

周健^1,2,
杜强^1,2,
李业勋³,
张姣⁴

1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;
2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;
3. 中交三航局第二工程有限公司,上海 200122;
4. 上海城市管理职业技术学院土木工程与交通学院,上海 200432

基金项目: 国家自然科学基金项目（41272296）

详细信息

作者简介:
周健(1957-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事土动力学、土体细观力学与离散元数值模拟等方面的研究工作。E-mail:tjugezhoujian@tongji.edu.cn。

计量
- 文章访问数: 367
- HTML全文浏览量: 2
- PDF下载量: 355
出版历程
- 收稿日期: 2014-12-02
- 发布日期: 2014-11-19

Centrifugal model tests on formation mechanism of landslide-type debris flows of cohesiveless soils

1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China;
3. The Second Engineering Company of CCCC Third Harbor Engineering Co., Ltd., Shanghai 200122, China;
4. Department of Civil Engineering and Transportation , Shanghai Polytechnic College, Shanghai 200432, China

摘要

摘要: 采用自主研发的可视化试验装置,参照某泥石流现场试验进行了离心机模型试验,研究典型滑坡型泥石流形成的宏细观机理。根据现场试验的颗粒级配和重力比,用粉砂和细砂按比例配制土样进行20g加速度下的离心机试验。利用高清数码成像设备和细观结构分析软件Geodip分别从宏观和细观角度分析了滑坡型泥石流的形成模式和水土作用机理。研究结果表明：离心机模型试验较好地重现了现场试验现象,滑坡型泥石流的形成模式为自坡脚逐渐向上分块坍塌的倒退式块体滑动。滑坡型泥石流形成的原因是坡体中细颗粒随孔隙水迁移,引起孔隙水压力升高并形成底部渗流,造成坡体发生抗剪强度破坏形成泥石流。
- 滑坡型泥石流 /
- 离心机试验 /
- 形成模式 /
- 水土作用机理
Abstract: Using the self-developed visualization test apparatus, centrifuge model tests are carried out to study the macro-mesoscopic formation mechanism of typical landslide-type debris flows according to field tests on a debris flow. Based on the grain-size gradation of field tests and gravity ratio, the centrifugal model tests are carried out under 20g. The soil samples are made up by silt sands and fine sands. The formation mode and soil-water action mechanism of landslide-type debris flows are analyzed from the macroscopic and mesoscopic points of view respectively by using the HD digital imaging equipment and the mesoscopic structure analysis software Geodip. The test results indicate that the centrifugal model tests can reproduce the phenomenon of the field tests approximatively. The formation mode of landslide-type debris flows is gradually collapsed in form of retrogradation to sliding. The reason of the formation of landslide-type debris flows is the shear strength failure of the slope caused by the rise of the pore water pressure and the seepage on the floor resulted from the motion of the fine particles with migratation of pore water in the slope.
- landslide-type debris flow /
- centrifugal model test /
- formation mode /
- water-soil action mechanism

HTML全文

参考文献(14)

[1]	康志成, 李焯芬. 中国泥石流研究[M]. 北京: 科学出版社, 2004. (KANG Zhi-cheng, LI Zhuo-fen. Debris flow research of China[M]. Beijing: Science Press, 2004. (in Chinese))
[2]	杨为民, 吴树仁, 张永双, 等. 降雨诱发坡面型泥石流形成机理[J]. 地学前缘, 2007, 14(6): 197-204. (YANG Wei-min, WU Shu-ren, ZHANG Yong-shuang, et al. Research on formation mechanism of the debris flow on slope induced by rainfall[J]. Earth Science Fronters, 2007, 14(6): 197-204. (in Chinese))
[3]	ZHOU Jian, LI Ye-xun, ZHOU Kai-min, et al. Impact of permeability on failure mode of sandy debris flow[C]// International Conference on Advances in Geotechnical Engineering, Perth, Australia, 2011: 657-662.
[4]	许强. 四川省8·13特大泥石流灾害特点、成因与启示[J].工程地质学报, 2010, 18(5): 596-608. (XU Qiang. The 13 August 2010 catastrophic debris flows in Sichuan Province: characteristics, genetic mechanism and suggestions[J]. Journal of Engineering Geology, 2010, 18(5): 596-608. (in Chinese))
[5]	VINCENZO D, ZESCA M, MARCHI L. Field and laboratory investigations of runout distances of debris flows in the Dolomites (Eastern Italian Alps)[J]. Geomorphology. 2010, 115: 294-304.
[6]	朱颖彦, 崔鹏, 陈晓晴. 泥石流堆积体边坡失稳机理的试验与稳定性分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(21): 3927-3934. (ZHU Ying-yan, CUI Peng, CHEN Xiao-qing. Experiment on mechanism of slope failure of debris flow fan and stability analysis[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(21): 3927-3934. (in Chinese))
[7]	陈晓清, 崔鹏, 冯自立, 等. 滑坡转化泥石流起动的人工降雨试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(1): 106-116. (CHEN Xiao-qing, CUI Peng, FENG Zi-li, et al. Artificial rainfall experimental study on landslide translation to debris flow[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(1): 106-116. (in Chinese))
[8]	李树德. 滑坡型泥石流形成机理[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 1998, 34(4): 519-522. (LI Shu-de. Formation mechanism of the lanaslide-type debris flow[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 1998, 34(4): 519-522. (in Chinese))
[9]	冯自立, 崔鹏, 何思明. 滑坡转化为泥石流机理研究综述[J]. 自然灾害学报, 2005, 14(3): 8-14. (FENG Zi-li, CUI Peng, HE Si-ming. Mechanism of conversion of landslides to debris flows[J]. Journal of Natural Disarsters, 2005, 14(3): 8-14. (in Chinese))
[10]	ZHOU Jian, LI Ye-xun, JIA Min-cai, et al. Numerical simulation of failure behavior of granular debrisflows based on flume model tests[J/OL]. [2013-04-12]. http: //dx.doi.org/10.1155/2013/603130.
[11]	张敏, 吴宏伟. 边坡离心模型试验中的降雨模拟研究岩土力学[J]. 岩土力学, 2007, 28(增刊1): 53-57. (ZHANG Min, WU Hong-wei. Rainfall simulation techniques in centrifuge modelling of slopes[J]. Rock and Soil Mechanics, 2007, 28(S1): 53-57. (in Chinese))
[12]	钱纪芸, 张嘎, 张建民. 离心场中边坡降雨模拟系统的研制与应用[J]. 岩土工程学报, 2010, 32(6): 838-842. (QIAN Ji-yun, ZHANG Ga, ZHANG Jian-min. Development of rainfall simulation system for centrifugal model tests[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010, 32(6): 838-842. (in Chinese))
[13]	钱纪芸, 张嘎, 张建民. 降雨条件下土坡变形机制的离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2011, 32(2): 398-416. (QIAN Ji-yun, ZHANG Ga, ZHANG Jian-min. Centrifuge model tests for deformation mechanism of soil slope during rainfall[J]. Rock and Soil Mechanism, 2011, 32(2): 398-416. (in Chinese))
[14]	MILNE F D, BROWN M J, KNAPPETT J A, et al. Centrifuge modelling of hillslope debris flow initiation[J]. Catena, 2012, 92: 162-171.

施引文献(63)

期刊类型引用(44)

1.	赵福堂，吴祁新，郑俊杰，郑烨炜. 基于广义剪应变的各向异性固结饱和砂土超静孔压发展模型. 岩土工程学报. 2025(02): 315-323 . 本站查看
2.	王家全，和玉，林志南，唐毅. 考虑温度效应下海砂动力特性试验研究. 土木工程学报. 2025(02): 118-128 . 百度学术
3.	赵伟，史浩栋，范冠宇，宋毅，张建忙. 不同细粒含量砂土多次液化对其力学特性的影响. 河南科学. 2025(04): 576-585 . 百度学术
4.	郭舒洋，崔杰，吴杨，单毅，中田幸男，梶山慎太郎. 饱和珊瑚砂液化特性动三轴试验研究. 地震工程学报. 2024(01): 84-94 . 百度学术
5.	Chen Guoxing，Qin You，Ma Weijia，Liang Ke，Wu Qi，C.Hsein Juang. Liquefaction susceptibility and deformation characteristics of saturated coral sandy soils subjected to cyclic loadings——a critical review. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2024(01): 261-296 . 必应学术
6.	韩庆华，王永超，刘铭劼，李浩斌. 振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究. 土木工程学报. 2024(03): 110-122 . 百度学术
7.	金丹丹，施展，王炳辉，张雷. 冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究. 防灾减灾工程学报. 2024(02): 442-449 . 百度学术
8.	王家全，和玉，祝梦柯，钱弘毅. 相对密实度和固结应力比对北部湾海砂动力特性影响的试验研究. 安全与环境工程. 2024(04): 20-28 . 百度学术
9.	毛无卫，陈洁朋，潘龙. 珊瑚砂中桩贯入过程的声发射特征. 工程地质学报. 2024(05): 1872-1879 . 百度学术
10.	杨铮涛，王路阳，吴琪，周正龙，陈国兴. 细粒含量和相对密度对饱和珊瑚砂体应变发展特性影响试验. 工程科学与技术. 2024(06): 197-206 . 百度学术
11.	吴琪，吉东伟，肖兴，朱升冬，陈国兴. 海洋软黏土不排水循环强度的触变性试验研究. 岩土工程学报. 2024(12): 2513-2520 . 本站查看
12.	王义德，汪云龙，刘荟达，张思宇，袁晓铭. 控制饱和度的珊瑚砂振动台液化模型试验研究. 地震工程与工程振动. 2024(06): 117-124 . 百度学术
13.	陈平山，吕卫清，梁小丛，周红星，王婧，马佳钧. 含细粒珊瑚土抗液化特性试验研究. 岩土力学. 2023(02): 337-344 . 百度学术
14.	李雪，王滢，高盟，陈青生，彭晓东. 地震荷载作用下南海非饱和钙质砂动力特性研究. 岩土力学. 2023(03): 821-833 . 百度学术
15.	郭竟语，汪新凯，马雅林，陈文龙. 孟加拉地区典型砂土抗液化特性动三轴试验研究. 路基工程. 2023(03): 62-67 . 百度学术
16.	秦悠，杨铮涛，吴琪，赵凯，陈国兴. 不同循环加载方式下饱和珊瑚砂的液化流动特性. 岩土工程学报. 2023(08): 1625-1634 . 本站查看
17.	陈平山，梁小丛，王体强，王德咏，王永志，樊旭，陈卓识，袁晓铭. 珊瑚礁砂与标准砂场地液化特征动力离心试验研究. 岩石力学与工程学报. 2023(09): 2283-2294 . 百度学术
18.	李能，吴杨，周福霖，谭平. 岛礁吹填珊瑚砂不排水单调和循环剪切特性试验. 中国公路学报. 2023(08): 152-161 . 百度学术
19.	杨铮涛，秦悠，吴琪，陈国兴. 循环加载频率对饱和珊瑚砂液化特性的影响. 岩土力学. 2023(09): 2648-2656 . 百度学术
20.	吴琪，王路阳，刘启菲，周正龙，马维嘉，陈国兴. 基于剪切应变特征的饱和珊瑚砂超静孔压发展模型试验研究. 岩土工程学报. 2023(10): 2091-2099 . 本站查看
21.	曹振中，史欢欢，秦志光，莫红艳，袁晓铭. 珊瑚礁砂地震液化评价与排水阈值条件研究. 地震工程与工程振动. 2023(05): 22-32 . 百度学术
22.	肖兴，吉东伟，杭天柱，吴琪，陈国兴. 海洋黏土孔压增长和刚度弱化的循环阈值剪应变试验研究. 岩土工程学报. 2023(S1): 123-127 . 本站查看
23.	秦悠，马维嘉，吴琪，赵凯，陈国兴. 各向异性固结下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性. 土木工程学报. 2023(12): 177-186 . 百度学术
24.	梁小丛，陈平山，刘志军，王永志，朱明星. 离心机振动台模型试验验证的珊瑚礁砂液化判别方法研究. 岩土力学. 2023(11): 3173-3181+3212 . 百度学术
25.	张思懿，马林建，李洪亚，邓家军，李增. 软弱珊瑚砂地基加固研究进展. 防护工程. 2023(06): 71-78 . 百度学术
26.	刘志遐，郭成超，朱鸿鹄，曹鼎峰，黄锐，王复明，董璞. 珊瑚钙质砂导热系数与含水率关系的修正C?té-Konrad模型研究. 岩土工程学报. 2023(11): 2319-2326 . 本站查看
27.	吴杨，崔杰，李晨，温丽维，单振东，廖静容. 细粒含量对岛礁吹填珊瑚砂最大动剪切模量影响的试验研究. 岩石力学与工程学报. 2022(01): 205-216 . 百度学术
28.	史金权，肖杨，刘汉龙，Wim Haegeman. 钙质砂小应变初始剪切模量试验研究. 岩土工程学报. 2022(02): 324-333 . 本站查看
29.	马维嘉，秦悠，王常德，陈国兴. 复杂应力条件下饱和珊瑚砂各向异性试验研究. 岩土工程学报. 2022(03): 576-583 . 本站查看
30.	刘志遐，郭成超，曹鼎峰，黄锐. 中国南海珊瑚钙质砂压缩特性. 科学技术与工程. 2022(06): 2401-2408 . 百度学术
31.	杨斌，林军. 饱和钙质砂孔压发展特性试验研究. 人民长江. 2022(06): 174-179 . 百度学术
32.	刘俊新，张建新，袁槐岑，张超，王光进. 高应力条件下双向激振时尾粉砂的动力特性. 工程科学与技术. 2022(04): 129-140 . 百度学术
33.	周洁，李泽垚，田万君，孙佳玮. 人工冻结对南京砂液化特性的影响. 中国铁道科学. 2021(02): 28-38 . 百度学术
34.	赵胜华，赵艳林，何江，曹振中，席方超. 颗粒级配对南沙珊瑚砂液化特性的影响. 中国科技论文. 2021(04): 402-407 . 百度学术
35.	高盟，彭晓东，陈青生. 南海非饱和钙质砂动力特性三轴试验研究. 北京工业大学学报. 2021(06): 625-635 . 百度学术
36.	刘抗，陈国兴，吴琪，马维嘉，秦悠. 循环加载方向对饱和珊瑚砂液化特性的影响. 岩土力学. 2021(07): 1951-1960 . 百度学术
37.	ZHANG Yan-ling，DING Xuan-ming，CHEN Zhi-xiong，WU Qi，WANG Cheng-long. Seismic responses of slopes with different angles in coral sand. Journal of Mountain Science. 2021(09): 2475-2485 . 必应学术
38.	王鸾，汪云龙，袁晓铭，段志刚，刘荟达. 人工场地吹填珊瑚土抗液化强度大粒径动三轴试验研究. 岩土力学. 2021(10): 2819-2829 . 百度学术
39.	王蒙婷，郝宇杰，王吉. 相对密实度及激振频率对可液化场地动力响应特性影响数值模拟研究. 路基工程. 2021(05): 108-113 . 百度学术
40.	赵文燕，王桂萱，尹训强，赵杰. 南沙群岛永暑礁西南部珊瑚礁动力稳定性分析评价. 自然灾害学报. 2021(05): 181-189 . 百度学术
41.	许成顺，王冰，杜修力，岳冲，杨钰荣. 循环加载频率对砂土液化模式的影响试验研究. 土木工程学报. 2021(11): 109-118 . 百度学术
42.	刘俊新，袁槐岑，张超，张建新，刘育田，王光进. 高应力条件下循环球-偏应力耦合作用对饱和尾粉砂动力特性影响分析. 水利学报. 2021(11): 1295-1308 . 百度学术
43.	梁珂，何杨，陈国兴. 南沙珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比特性试验研究. 岩土力学. 2020(01): 23-31+38 . 百度学术
44.	贾真，秦志光，曹振中. 钙质砂土原位试验对比与液化风险分析. 地震工程与工程振动. 2019(04): 178-183 . 百度学术