泥石流造床运动的实验研究

摘要

"泥石流铺床现象"常被用来定性地解释黏性泥石流(特指高固相含量)运动的减阻效应.目前,铺床现象对泥石流运动的影响研究仍处于定性阶段,定量化的机理研究非常匮乏.本研究设计了中尺度水槽模型实验,对泥石流铺床作用的动力学过程开展了系统观测.以云南蒋家沟泥石流堆积为材料,配置了40％、50％、55％三种固相浓度对比组;实验观测了泥石流流动过程中运动特征,采集了基底正应力、剪应力、孔隙水压力及流动深度参数.实验结果表明:(1)稀性泥石流运动过程中存在微弱的铺床现象,铺床现象并非独属于黏性泥石流;(2)铺床所形成的残留层不一定是单阵泥石流贡献的,而可能是经连续过程逐步形成的.残留层的厚度随泥石流固相浓度的增加而增加.当后继泥石流流经残留层时,由于残留层的液化状态和较低的基底阻力,后继泥石流的作用力可以透过残留层传递至基底,残留层极易被后继泥石流体裹挟运动;(3)铺床过程显著改变了后继泥石流运动的边界条件,因而铺床作用能够提高泥石流流动速度、流动深度及相应的冲击力,且铺床效应随泥石流固相浓度升高而愈发显著.本研究不仅明确了泥石流造床运动的物理过程,并基于实测参数对铺床过程进行了机理阐述,填充了泥石流铺床研究的实验空白,对深入理解泥石流动力学具有重要意义.