粘粒矿物成分对碎屑成浆及浆体流变行为的影响

论文摘要

怒江州贡山县东月各沟于2010年8月18日发生特大型泥石流,数十万方的泥石流堆积物从东月各沟谷2号支沟冲出,瞬间淹没了附近的农田、房屋、交通和电力设施,高速移动的泥石流冲入怒江干流,甚至造成数百米宽的怒江干流短时间堵塞。泥石流从发生到结束持续了接近半个小时,累计造成90多人死亡,直接经济损失约1.4亿元,是近些年云南地区发生的规模最大、破坏力最强、死亡人数最多、经济财产损失最严重的一次大型泥石流灾害。研究东月各沟的地形地貌特征发现,整个沟谷非常狭长,沟谷口宽窄相异且交错相连,在沟谷下游区有约3 km长的低坡度沟床,坡度只有3~5°,通常大型泥石流在低坡度沟谷中的运移距离受河道地形起伏、沟床岩体类型、峡谷植被覆盖等因素制约,运移距离有限,但这次发生在东月各沟的泥石流在低坡度沟床上竟运移了3 km长,近些年像这种运移巨量堆积物的高密度泥石流在低梯度沟谷运移较长距离的泥石流鲜有发生,更加凸显出东月各沟泥石流的独特性。在对东月各泥石流高速远程运移机理的初步研究中发现,泥石流体细颗粒中的粘土矿物在泥石流的远程运移和维持中起到至关重要的作用,但当改变了粘粒的矿物成分时,重构碎屑能否成浆,以及对浆体的流变行为是否有影响就成了本论文的研究重点。考虑到石英是主要的造岩矿物,广泛分布于地表岩土体中,且石英粉易于购买,方便作为实验原材料,所以采用石英作为替代粘土矿物的代表性矿物来研究这个问题。本文对东月各泥石流原样和混有石英粉的重构样进行了一系列的超孔隙水压力测定实验和流变参数测定,通过数据分析对比,可以得出以下结论:(1)东月各沟谷地势险峻、主沟河床狭长、支沟发育较多、植被覆盖率高、松散堆积物层较厚;泥石流发生前夕当地降雨较多;上游岩体裂隙和节理发育。以上因素组成了泥石流发生所必需的地形地貌、物源组成、地质构造、岩体结构和降雨入渗等条件,是后来发生特大型泥石流的根本原因。(2)在不改变级配的前提下,用石英粉替换泥石流原样中的粘粒部分组成重构碎屑,并进行超孔隙水压力实验。与原样浆体的超孔隙水压力行为相比,重构碎屑浆体也具有超孔隙水压力的积聚、维持和消散过程,表明改变了矿物组成的重构碎屑任然具有泥石流行为与特征。(3)通过对超孔隙水压力实验中相对超孔隙水压力、释水速率、液化率、孔隙水压力消散速率等数据分析,重构浆体的体积浓度、上限粒径和石英粉的上限粒径是影响重构泥石流孔隙水压力行为的最主要的因素。(4)实验过程中发现,相比于泥石流原样,重构浆体的超孔隙水压力维持时间较短,反映出其成浆范围小,成浆能力弱的特点。泥石流粘粒部分的矿物成分改变对泥石流的行为有着重大的影响,因此在泥石流的研究和实验中中,非典型粘土矿物(云母)的作用是不可忽略的。(5)流变参数测定实验中,同一剪切速率下,浆体体积浓度增大到上限值时,对应的剪切应力会急剧增大,说明体积浓度值越高,对浆体剪切应力的影响越大。从屈服应力和粘滞系数随体积浓度变化的曲线可以看出,流变参数与体积浓度呈指数增大关系。(6)通过对比不同上限粒径、不同石英粉粒径、不同体积浓度、不同矿物成分的重构浆体的流变参数,得到影响重构浆体流变参数的主要因素有浆体体积浓度、粘粒矿物成分、浆体上限粒径和石英粉上限粒径。它们对浆体流变行为影响巨大,从宏观来考虑,对泥石流的运移和维持也起着至关重要的作用。(7)本论文通过大量的实验和数据分析得到,粘粒由单一矿物(石英)组成的重构碎屑能够形成泥石流浆体,但是相比于泥石流原样浆体,重构浆体的成浆范围较小、孔隙水压力维持能力弱、运移和悬浮能力较差,证明粘粒矿物成分(云母、绿泥石)对碎屑成浆以及浆体的流变行为有着非常重要的作用。对于泥石流灾害的防治具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题依据及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 泥石流的界定
•     1.2.2 粘土矿物与粘性泥石流研究
•     1.2.3 泥石流中孔隙水压力的研究
•     1.2.4 泥石流流变特性的研究
•     1.2.5 泥石流动力学的研究
•   1.3 本文的研究内容和技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 研究区地质环境概况
•   2.1 地理位置
•   2.2 水文条件
•   2.3 地层岩性
•   2.4 地质构造
•   2.5 气象条件
•     2.5.1 气温
•     2.5.2 降雨
•   2.6 植被
•   2.7 东月各泥石流沟地形地貌特征
•     2.7.1 形成区特征
•     2.7.2 流通区特征
•     2.7.3 堆积区特征
•   2.8 本章小结
• 第三章 重构浆体的超孔隙水压力实验
•   3.1 材料
•     3.1.1 泥石流样品
•     3.1.2 石英粉样品
•   3.2 实验原理
•   3.3 实验内容
•     3.3.1 样品制备
•     3.3.2 超孔隙水压力测定实验
•     3.3.3 孔隙水逃逸实验
•   3.4 结果与分析
•     3.4.1 超孔隙水压力测定实验结果
•     3.4.2 孔隙水逃逸实验结果
•     3.4.3 分析与讨论
•   3.5 本章小结
• 第四章 重构浆体流变特性研究
•   4.1 实验仪器和实验原理
•     4.1.1 实验仪器
•     4.1.2 实验原理
•   4.2 实验内容
•     4.2.1 流变参数测定
•     4.2.2 堆积体形态扫描
•   4.3 实验结果
•     4.3.1 流变参数测定结果
•     4.3.2 堆积体形态扫描结果
•   4.4 分析与讨论
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 （攻读硕士期间撰写的学术论文及参与的研究课题）

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田永霖

导师: 徐则民

关键词: 东月各泥石流,粘粒,石英,超孔隙水压力,成浆机理,流变特性

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 昆明理工大学

基金: 国家自然科学基金项目—云南联合基金重点项目: P_2β大型高速远程滑坡—碎屑流灾害的孕育过程及发生机理(基金编号:U1502232)

分类号: P642.23

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000105

总页数: 82

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