成都山地所在高速遠程滑坡超強運動機理研究方面取得重要進展

文章来源:成都山地所 发表时间:2020-07-15

  高速远程滑坡的弱化机制一直是国际学术界关注的热点和难点问题。通过对奥地利K fels滑坡和尼泊尔LangTang滑坡滑动面上假玄武玻璃进行调查,发现这是滑坡高速摩擦熔融形成的,进而提出了高速远程滑坡自润滑摩擦弱化假说。近年了,大量岩石高速旋转摩擦试验验证了摩擦热熔润滑机理假说,并在巨型滑坡和断层机理研究中受到广泛关注。但是高速滑坡剪切带熔融过程对滑坡运动到底有多大影响还存在很多疑问。为此,中科院成都山地所何思明研究团队基于岩石高速旋转摩擦试验成果,在高速远程滑坡超强运动的热熔自润滑摩擦弱化机理研究方面取得重要进展。 

  該研究將熱熔過程劃分爲三個階段:弱化階段、剪切強化階段和熱熔潤滑階段,並分別構建了三階段滑帶溫度場與運動演化方程,定量評價高速滑坡運動演化過程中速度、粘性系數、熔融體體積分數、溫度及摩擦系數變化趨勢,探索不同功率轉化系數下,熱熔現象對不同規模整體性滑坡運動的影響。高速滑坡第一階段摩擦弱化機理主要緣于剪切帶顆粒破碎和閃熱,摩擦系數演化趨勢可采用指數衰減方程描述。第二階段摩擦強化主要有兩個原因:其一是熔融體填充部分孔隙,增加了滑動面接觸面積;其二是熔融體和固體顆粒混合增大了剪切帶強度,基于礦物選擇性熔融特性,並考慮熔融體體積分數,量化剪切帶強度增量。第三階段:當熔融體含量達到一定程度時,滑體和基岩被熔融體分開,滑坡剪切阻力主要由粘滯阻力提供,在此階段,主要考慮溫度、化學成分、碎屑含量、含水量等因素對粘性系數的影響,建立熱傳導方程和應力場方程,計算不同滑體厚度和剪切帶厚度條件下各參數的變化趨勢。 

  通過對不同厚度和功率轉換系數下視摩擦系數演化趨勢模擬分析表明,當滑體厚度小或者功率轉化系數足夠小時,視摩擦系數基本保持不變,滑帶熱熔開始階段熔融體對滑坡運動有阻礙作用,但很快進入弱化階段。 

  相关成果于6月30日发表在国际地学领域顶级期刊、自然指数期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。     

  文章鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JB019453

  

  高速摩擦試驗中典型的摩擦系數變化趨勢

  

  不同滑體厚度和剪切帶厚度條件下,塊體速度、粘性系數、熔融體積分數、溫度及摩擦系數的變化趨勢

  

  不同滑體厚度和功率轉換系數下視摩擦系數的變化趨勢

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