岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1560-1569.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0813

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离心-科氏复合条件下体积对滑坡碎屑流流动性的影响研究

张贝1, 2,李文阳1,毕研栋2,黄雨2   

  1. 1. 长安大学 地质工程与测绘学院 地质工程系,陕西 西安 710054;2. 同济大学 土木工程学院 地下建筑与工程系,上海 200092
  • 收稿日期:2023-06-14 接受日期:2024-01-06 出版日期:2024-05-11 发布日期:2024-05-08
  • 通讯作者: 黄雨,男,1973年生,博士,教授,博士生导师,主要从事工程地质教学与科研工作。 E-mail:yhuang@tongji.edu.cn
  • 作者简介:张贝,男,1994年生,博士,讲师,主要从事高速滑坡碎屑流冲击致灾效应研究。E-mail: beizhang@chd.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金重点项目(No. 41831291);中央高校基本科研业务费项目(No. 300102263102)

Volume effect on flowability of debris avalanche under centrifugal-Coriolis hybrid conditions

ZHANG Bei1, LI Wen-yang1, BI Yan-dong2, HUANG Yu2   

  1. 1. Department of Geological Engineering, College of Geological Engineering and Geomatics, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710054, China; 2. Department of Geotechnical Engineering, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Received:2023-06-14 Accepted:2024-01-06 Online:2024-05-11 Published:2024-05-08
  • Supported by:
    This work was supported by the Key Program of National Natural Science Foundation of China (41831291) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (300102263102).

摘要: 科氏效应已逐渐成为限制土工离心机处理高速滑坡碎屑流灾害的关键难题之一,特别是在基于离心试验研究体积如何影响滑坡碎屑流流动性方面所涉及的科氏效应问题上,当前仍缺乏深入研究。围绕这一问题,基于土工离心试验与离散元模拟试验展开研究,分析了不同科氏条件下不同初始体积对滑坡碎屑流运动过程与堆积范围的影响。结果表明,科氏力改变了滑坡碎屑流势能向动能的转化效率以及最终搬运距离随体积增大而被强化的幅度,惯性流运动机制与粒子脉动抑制机制及其转变是控制离心-科氏复合条件下不同体积滑坡碎屑流流动性的关键原因。考虑到实操性,物理离心试验中建议尽量保证流向与离心机旋转方向相同的配置,同时可用线性模型对模拟结果进行校准。

关键词: 滑坡碎屑流, 科氏效应, 体积效应, 离心模拟, 离散元模拟

Abstract: The Coriolis effect has gradually become one of the key challenges limiting the use of geotechnical centrifuges to handle high-speed debris avalanche disasters. In particular, there is still a lack of in-depth research on the Coriolis effect involved in the study of how volume affects the flowability of debris avalanche based on centrifugal testing. To tackle this issue, a series of centrifuge modeling tests and DEM simulation tests are conducted, and the influence of different initial volumes on the flowability of debris avalanche under various Coriolis conditions is analyzed. The results indicate that the Coriolis force changes the conversion efficiency from potential energy to kinetic energy of debris avalanche and the magnitude of the final transport distance being enhanced with increasing volume. The behavior of debris avalanche with different volumes under Coriolis conditions is controlled by the inertial flow mechanism and particle-agitation restraint mechanism as well as the transition between these two mechanisms. Considering the practicality, it is recommended to ensure that the flow direction is the same as the rotation direction of the centrifuge as much as possible in the physical centrifuge test, while a linear model can be used to calibrate the experimental results.

Key words: debris avalanche, Coriolis effect, volume effect, centrifuge modeling, discrete element modeling

中图分类号: TU 413
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