泥石流中小木屑的几何形态及其对碎屑的吸附作用研究

论文摘要

研究区典型的高山峡谷地貌、高的植被覆盖率,又加之在亚热带季风气候的交互作用下,致使区内泥石流灾害频发。东月各及沙瓦河泥石流灾害过后,在其运移路径上均留有各种尺度大小不一的木质碎屑,且沟道中上游区域主要集中分布直径大于0.1 m、长度大于1 m的大木屑,沟道中下游沟床梯度较缓区域大木屑数量明显减小,而由大木屑碰撞、刮擦、破碎所形成的直径小于0.1 m、长度小于1 m的小木屑数量显著增多。国内外学者对于大木屑的研究主要集中在其对泥石流的阻滞作用,但关于小木屑与泥石流活动的关系研究较少,亟待开展深入探究。通过野外地质调查及沿途寻访灾难目击者,明晰本次研究区泥石流的发生过程,并获取了临灾前后区内气象资料。通过现场取样并结合室内试验分析,重点从小木屑的二维轴向系数、异形指数、形状因子、分形维数以及木屑表面电场与碎屑颗粒表面电荷作用等方面入手,系统探究研究区5 mm以下残留泥石流堆积体中裹挟的小木屑的二维形态及分形特征,并对小木屑吸附泥石流碎屑颗粒的机理进行了探究。开展泥石流中小木屑的几何形态及其对泥石流碎屑颗粒的吸附作用研究,有助于明晰小木屑在吸附岩石碎屑、促进碎屑成浆、浆体维持,促进研究区泥石流的发生、远程运移及最终致灾性等方面的意义,得出主要结论如下:（1）东月各泥石流中裹挟的小木屑经鉴定主要分为四种:植物木质部、植物枝干部、须根以及植物的树皮-树叶。而沙瓦河泥石流中裹挟的小木屑类型较为单一,主要为植物木质部,这是由于泥石流的规模不同造成的缘故。（2）东月各及沙瓦5 mm以下植物木质部的各项二维形态参数指标（形状因子、异形指数、二维轴向系数）与其粒级大小呈现正相关性,且沙瓦河相关性更强。此外,东月各其他类型木屑的各项二维形态参数指标与其粒级大小也有一定的相关性,表现为:随着木屑粒径的增大,须根、植物树皮-树叶的各项二维形态参数随之增大（正相关）,而枝干部随之减小（负相关）。整体来讲,研究区泥石流中裹挟的小木屑的二维形态特征表现为:棱角凸出程度高、棒状性好、规则性差。在分形特征方面,表现为木屑表面分形特性好,各类型木屑表面均较规则图形复杂。（3）研究区泥石流中裹挟的小木屑的二维形态及分形特征也是影响其吸附性的重要因素,二维形态轮廓越光滑、分形维数参数值越趋近于1,越不利于木屑吸附泥石流碎屑颗粒。（4）随着木屑粒级的逐渐增大,其吸附泥石流碎屑颗粒的量越少,且植物木质部吸附量最多（沙瓦较东月各木质部吸附量多）,树皮-树叶次之,须根最少,枝干部相对前两者吸附量较少。此外,植物木质部粒级越大,其上所粘附的碎屑颗粒粒级越粗。（5）由于各种类型木屑表面的粗糙度、接触面积、纹孔数量、润湿性等有所差异,且其分子表面电场与碎屑矿物表面电荷存在力的作用,是其粘附碎屑含量差异的原因。（6）小木屑的加入,在一定程度上可以促进碎屑成浆、浆体维持,促进泥石流的远程运移并扩大其规模,从而增大了泥石流的危害性。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 泥石流既有研究

1.2.2 植被与泥石流活动关系研究

1.2.3 木质碎屑与泥石流活动关系研究

1.2.4 木质碎屑形态表征方面相关研究

1.2.5 碎屑颗粒材料的微观形貌特征研究

1.3 主要研究内容、研究思路及技术路线

1.3.1 本文主要研究内容

1.3.2 本文研究思路

1.3.3 本文技术路线图

第二章研究区概况

2.1 泥石流灾害概况

2.2 研究区地理位置概述

2.3 研究区地形地貌特征

2.4 区域地层岩性及地质构造

2.4.1 地层岩性

2.4.2 地质构造

2.5 研究区气候条件

2.5.1 研究区气温条件

2.5.2 研究区降雨条件

2.6 研究区物源条件特征分析

2.7 研究区植被条件

2.8 区内人类活动

2.9 本章小结

第三章小木屑的二维几何形态及分形特征研究

3.1 实验材料

3.1.1 野外现场取样阶段

3.1.2 小木屑的挑选试验

3.1.3 小木屑的种类

3.2 小木屑的二维几何形态表征

3.2.1 小木屑的几何形态测量方法研究

3.2.2 ImageJ图像处理软件的精确度分析

3.3 小木屑二维轴向系数研究

3.3.1 小木屑二维轴向系数测量结果及分析

3.4 小木屑异形指数研究

3.4.1 木屑异形指数试验结果及分析

3.5 小木屑形状因子研究

3.5.1 木屑形状因子试验结果及分析

3.6 研究区泥石流中小木屑二维形态指标之间的关系

3.7 小木屑的二维分形特征研究

3.8 本章小结

第四章小木屑对碎屑颗粒的吸附作用研究

4.1 试验所用仪器及样品

4.1.1 试验仪器

4.1.2 试验样品

4.2 试验方法

4.2.1 灼烧法测定小木屑吸附泥石流碎屑颗粒的依据

4.3 试验过程及结果分析

4.3.1 灼烧法试验过程

4.3.2 灼烧法试验结果分析

4.3.2.1 东月各木屑灼烧物结果分析

4.3.2.2 沙瓦木屑灼烧物结果分析

4.3.2.3 木屑灼烧产物级配分析

4.4 研究区小木屑吸附机理探究

4.4.1 小木屑的微观观测

4.4.2 木屑的微观观测结果及分析

4.4.3 小木屑吸附泥石流碎屑颗粒机理探讨

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: 鲁少强

导师: 徐则民

关键词: 东月各泥石流,沙瓦河泥石流,几何形态学,数字图像处理技术,小木屑,灼烧试验

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),植被发育斜坡对强降雨过程的地下水响应机制及其灾害效应(基金编号:U1033601)

分类号: P642.23

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000303

总页数: 94

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