基于旋转水槽试验的泥石流阻力坡降速率效应研究

使用自主研发的旋转水槽制作稳定循环流动的泥石流,通过实测泥石流阻力坡降和流动速度,探索泥石流阻力坡降的速率效应。在旋转水槽试验中,通过控制线速度v,制作出稳定循环运动的泥石流,其阻力坡降J等于槽底坡降tanθ,可以实测。试验再现了野外的泥石流运动特性,观察到“龙头”、颗粒弹跳、低阻力坡降、固液相分离、剪切速率效应等现象。试验结果表明,在一定的流动速度范围内（例如试验中1.88m·s-1≥v>0.47m·s-1）,泥石流的流动速度越高,阻力坡降越大;如果泥石流运动速率过低（例如试验中v<0.47m·s-1）,泥石流会出现固液两相分离现象,砾石（粒径>2mm）运动明显落后于液相运动。本项目的试验研究成果为泥石流制作和阻力坡降测量提供新途径,为泥石流阻力坡降的速率效应理论研究提供实验支持。     

基于旋转水槽试验的水下泥石流底部水压研究

水下泥石流的低阻力运动特性研究是研究水下泥石流运动机理的重要内容,水下泥石流底部的水压对泥石流运动阻力有重要影响。为此,采用旋转水槽实验室模拟水下泥石流的低阻运动,实测水下泥石流视摩擦角;采用新开发的测量系统,实测水下泥石流底部的水压,评估水下泥石流底部的静水压和附加水压。试验结果和理论分析表明,在水下泥石流底部的附加水压与水下泥石流的低阻力运动密切相关:水下泥石流密集流的最大厚度为12 mm的条件下,附加水压最大值达69 Pa。研究成果为揭示水下泥石流低阻力运动机理提供实验依据,新开发的测量系统为低阻力运动泥石流的水压测量开辟新途径。     

高岭土一维增湿的湿陷-流变分析方法研究

塑性单元体与黏性单元体并联之后再与弹性单元体串联即构成三要素模型,其各单元体都具有非线性本构关系。通过考虑增湿过程中饱和度对三要素模型中的黏性单元体和塑性单元体的影响,建立了弹-塑-黏性与湿陷性耦合的湿陷流变本构模型。湿陷对塑性单元体的影响表现为应变不变条件下屈服应力的降低;而对黏性单元体的影响表现为速率敏感系数的升高。两种影响可以通过试验确定。以此模型为基础,分析了高岭土的单轴压缩固结试验中的湿陷-流变变形,提出了一种湿陷-流变分析方法。试验中,在干燥条件下观测了蠕变;在增湿过程中观测了湿陷。试验中对含水量的测量精度高。理论所得含水率-应变-时间关系与实测结果接近,并区分了增湿过程中的湿陷和干燥条件下的蠕变,证明了本方法的有效性。     

残余状态下粉砂流变性的三轴试验研究

采用现场采集的土样, 实施恒定位移速率的三轴试验, 分析了风干条件下粉砂的流变性。主要研究成果包括: (1)采用速率敏感系数量化分析了速率效应, 即位移速率加大强度增加的现象。(2)着重研究了残余状态下的特殊流变性, 即位移速率效应引起的应力跳跃随着位移的增加而部分消失的现象, 并通过速率敏感系数进行了量化分析。(3)通过讨论速率效应和应力松弛现象, 分析了流变性对该土样残余强度的影响。