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《西南交通大学》 2002年
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大型高速岩质滑坡流体化理论研究

刘涌江  
【摘要】: 近年来,国内外相继发生了许多大型高速岩质滑坡,所有这些大型高速滑坡在其运动过程中都不同程度地表现出流体化的特点,这种流体化现象使得滑坡岩体的运动速度、运动距离成倍增加,大大地扩大了致灾范围。基于这一点,本文对大型高速岩质滑坡的流体化现象进行了全面而系统的研究:通过风洞模型实验,研究了大型高速滑坡凌空飞行阶段的空气动力学效应,研究了飞行中滑坡岩体在与途中不动山体发尘碰撞时的解体破碎效应,通过滑坡岩体高速碰撞模型实验研究了滑坡岩体解体破碎后部分岩体的加速运动效应,并应用离散单元法再现了云南头寨沟大型滑坡启动高速、近程碰撞、远程碎屑流运动的全过程,研究了岩体解体破碎后形成不同类型碎屑流的运动规律及运动方程,并对头寨滑坡流体化运动机理进行了实例分析,取得了以下主要结论和成果: (1)对于大型高速滑坡,大多在启程活动阶段已获得了高速,这使得这类滑坡在其离开剪出口之后以凌空飞行的形式向前运动,在其飞行过程中,滑坡岩体与空气强烈作用,并产生空气动力学效应,滑坡岩体在因碰撞而产生的解体破碎效应及部分岩体的加速运动效应的作用下,在远程活动阶段,以高速碎屑流的形式向前运动。因此,具整个运动过程具有明显的流体化运动特点。 (2)首次在风洞实验室进行了针对大型高速滑坡凌空飞行阶段空气动力学效应的模型实验,研究了影响飞行滑坡岩体空气动力学效应的不同因素;应用流体力学有限单元法对飞行滑坡岩体的空气动力学效应进行了数值模拟。并在此基础上,求得了大型高速滑坡岩体凌空飞行运动的微分方程式。 (3)首次应用碰撞过程应变能“分配”原理及岩体破坏的能量条件,导出了滑坡岩体在碰撞时发生破坏的临界速度公式及碰撞后滑坡岩体的平均速度和运动方向的确定公式,导出了碰撞过程用于岩体破碎的能量计算公式,并在此基础上,利用功耗原理,提出了滑坡岩体破碎后平均块度的计算关系式,从而较完整地分析了滑坡岩体碰撞的解体破碎效应。 (4)首次进行了滑坡岩体的高速碰撞模型实验,研究了碰撞解体后不同速度段岩体体积的分布规律,并应用峰值Extreme函数对实验结果进行了数据拟合,确定出了各形状参数的取值范围,从而得到了滑坡岩体高速碰撞后不同块体的分布函数,并在此基础上研究了滑坡岩体碰撞后部分岩体的加速运 西南交通大学博士研究生学位论文 第2 页 动效应,得出了获得加速的岩体比例与滑坡总体积及碰撞速度的关系。 (5)通过离散元数值模拟,形象地揭示和仿真再现了头寨大型高速滑坡岩’ 体失稳破坏后大变形阶段的运动过程、与小山头碰撞后的解体破碎效应及破 碎后部分岩体的加速运动效应。 (6)分别应用二相流理论研究了固液型碎屑流流速分布,得出了流速分布 及浓度分布的方程式,并进一步研究了固液型碎屑流流动过程的弛豫现象, 得出了固液型碎屑流的运动方程;同时,分析了固气型碎屑流(即干碎屑流) 的运动特点,给出了固气型碎屑流的Boltzmann方程,得出了干碎屑流的临 界坡角条件哈 a 2 ig s’,并给出了满足此条件下干碎屑流的运动方程。 厂)应用上述研究成果对头寨滑坡流体化运动机理进行了实例分析,结果 与实际符合较好。 本论文的创新之处在于,首次在风洞实验室进行了针对大型高速滑坡凌 空飞行阶段空气动力学效应的实验研究,首次进行了滑坡岩体高速碰撞模型 实验,在此基础上研究了滑坡岩体碰撞作用下部分岩体的加速运动效应。应 @ 用二相流理论研究了大型高速岩质滑坡远程阶段干、湿碎屑流的运动特点, 并分别得出了各自的运动方程。在上述研究内容的基础上,首次提出了大型 高速岩质滑坡的流体化运动理论,进一步完善了大型高速岩质滑坡的研究体 系,为大型高速远程滑坡预测及大型水电工程、铁路、公路工程勘察设计提 供理论依据,达到防灾减灾的目的。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:P642.22

【引证文献】
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4 吴剑;罗先启;程圣国;;滑带在高速剪切条件下的固液两相流问题[J];岩石力学与工程学报;2006年S2期
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
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【共引文献】
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6 张雪颖;阮怀宁;贾彩虹;;岩石损伤力学理论研究进展[J];四川建筑科学研究;2010年02期
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9 杨则东,李良军,鹿献章,晁玉珠,常丹燕;遥感技术在徽(州)—杭(州)高速公路(安徽段)地质灾害调查中的应用研究[J];安徽地质;2001年04期
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4 张年学;盛祝平;李晓;李守定;赫建明;;岩石泊松比与内摩擦角的关系研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
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8 蒋海军;况雨春;朱志镨;伍开松;王勤;;粒子冲击钻井技术基础理论及试验研究[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
9 李鹏举;冯光明;范玮刚;郑艳栋;张文涛;;煤岩体三轴卸围压的实验研究与应用[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
10 杨海涛;刘为洲;;垂直上向孔粒状炸药气动装填工艺机理研究[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
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10 甄晓霞;大跨径钢桥桥面铺装体系力学行为研究[D];华南理工大学;2010年
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6 梁鹏飞;基于数字化功能样机的炸药破碎机性能分析[D];长春理工大学;2010年
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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4 邢爱国,高广运;大型高速滑坡近程空气动力学效应研究[J];岩石力学与工程学报;2003年05期
5 周鑫;邢爱国;陈禄俊;;易贡高速远程滑坡近程凌空飞行数值分析[J];上海交通大学学报;2010年06期
6 陈禄俊;邢爱国;陈龙珠;殷跃平;童立强;;高速远程滑坡飞行数值分析[J];水文地质工程地质;2008年05期
7 范志平;高俊刚;曾德慧;周新华;孙学凯;;杨树防护林带三维结构模型及其参数求解[J];中国科学:地球科学;2010年03期
8 叶渚沛;;有关我国冶金工业发展的若干科学问题[J];科学通报;1956年03期
9 刘寄陈;云南腾冲山寨盆地水下冲积扇特征及对砂锡的控矿作用[J];地球科学-中国地质大学学报;1988年04期
10 喻乐华;水在火山喷发中的作用——流体化作用与岩浆蒸气爆破作用之评述[J];地质地球化学;1991年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴必豪;;天然气水合物流体化过程的环境效应[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
2 常翔;张献伟;;高速铁路隧道空气动力学效应控制[A];中铁隧道集团2006年客运专线专题技术交流大会论文集[C];2006年
3 常翔;张献伟;;高速铁路隧道空气动力学效应控制[A];隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用——隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
4 常翔;张献伟;;高速铁路隧道空气动力学效应控制[A];第六届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2007年
5 常翔;张献伟;;高速铁路隧道空气动力学效应控制[A];隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
6 韩华轩;王英学;蒲佳;刘佩斯;;屏蔽门对高速铁路地下车站气动效应影响的研究[A];2008年铁路暖通空调学术年会论文专辑[C];2008年
7 赵阳升;;地下资源开采与利用的几个科学问题[A];盛世岁月——祝贺孙钧院士八秩华诞论文选集[C];2006年
8 王悦新;何树第;;略论高速铁路隧道空气动力学问题[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第八届年会论文集[C];1994年
9 赵军;梅元贵;;英法海底隧道空气动力学效应的数值模拟方法介绍[A];第六届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2007年
10 赵勇;倪光斌;唐国荣;;关于客运专线隧道衬砌断面优化的研究[A];铁路客运专线建设技术交流会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 宁波市海洋与水产局局长 练兴常;港口优势不能丢[N];中国海洋报;2000年
2 煤炭科学研究总院教授 吴永宽;洁净煤技术亟待大力推广(下)[N];科技日报;2000年
3 湛江市副市长 陈亚德;南方大港畅想物流[N];国际经贸消息;2002年
4 高宣;穿山越岭的高铁隧道[N];人民铁道;2010年
5 中国铁道科学研究院提供;为新建客运专线量身定制 科学的竣工验收动态检测标准[N];人民铁道;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘涌江;大型高速岩质滑坡流体化理论研究[D];西南交通大学;2002年
2 张元厚;祁雨沟角砾岩型金矿蚀变类型及其形成的动力学过程[D];中国地质大学(北京);2006年
3 李春平;农田防护林带分维疏透度研究[D];北京林业大学;2009年
4 赵文成;高速铁路隧道缓冲结构的理论和试验研究[D];西南交通大学;2004年
5 朱艳峰;高速铁路长大隧道热力效应研究[D];兰州交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王照伟;高速铁路空气动力学效应对隧道内附属设施的影响[D];中南大学;2011年
2 王艳艳;中高浓纸浆泵及湍流发生器的设计[D];江苏大学;2006年
3 范斌;高速铁路隧道空气动力学效应及其对支护结构耐久性影响[D];大连交通大学;2010年
4 陈禄俊;易贡巨型高速远程滑坡空气动力学机理研究[D];上海交通大学;2009年
5 闫清卫;高速远程滑坡飞行空气动力学的风洞试验研究[D];西南交通大学;2009年
6 赵强;高速列车隧道运行的气动特性研究[D];大连交通大学;2011年
7 周玲玲;200km/h新型高速客运电力机车气动外形设计与性能评估[D];中南大学;2012年
8 商翔;高速铁路长隧道出口微压波的一维和三维耦合算法及应用研究[D];西南交通大学;2011年
9 张兆杰;高速列车隧道空气动力学三维数值仿真系统的开发与应用[D];西南交通大学;2006年
10 刘园;高铁隧道的降压缓冲特性研究[D];西安科技大学;2012年
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