成都粘土泥浆流变模型探讨

摘要

泥浆是泥石流动力学的重要研究对象.细小的黏性颗粒是黏性泥石流泥浆的基本组成部分,传统流变模型可以描述粘性泥石流中颗粒物质相互作用,然而各灾害点物质组成的差异性使得泥浆流变模型的应用各有不同,且当前研究缺少对不同模型应用的详细讨论.本研究利用MCR301流变仪,开展不同含水量成都粘土泥浆流变实验,分析成都粘土泥浆剪切应力随剪切速率变化过程、含水量对剪切应力的影响;对比分析幂律模型、宾汉模型和Herschel&Bulkley模型(H-B模型),拟合各含水量成都粘土泥浆的流变实验结果.得出如下结论:(1)随着含水量由50％增大到400％,成都粘土泥浆切应力迅速降低,由超过8000 Pa降低到5 Pa左右;当剪切速率约为0.2 s-1时,剪切应力随剪切速率增加而迅速增大,但当剪切速率大于0.2 s-1时,剪切应力随剪切速率增加而增长缓慢,成都粘土泥浆表现出典型的剪切稀化非牛顿体流体;(2)H-B模型能很好地反映各含水量成都粘土泥浆剪切应力与剪切速率的变化全过程(剪切稀化),是拟合成都粘土泥浆流变过程的最佳数学模型;(3)泥浆屈服应力(τHB)和流动指数(ηHB)随含水量的增加迅速减小.本文流变模型实验的开展和研究对深入认知和探索泥石流致灾全过程具有重要意义.