01.03.2025 | Original Paper
Deterioration of Debris Flow Deposits in High-Intensity Areas under Wet-Dry Cycles: Insights from Laboratory Static and Dynamic Tests
verfasst von: Jianwei Zhang, Runhu Lu, Danqing Song, Nan Hu, Wanpeng Shi, Xiaoli Liu, Binghui Zhang
Erschienen in: Geotechnical and Geological Engineering | Ausgabe 3/2025
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Abstract
Dieser Artikel untersucht das kritische Problem der Ablagerungen von Schuttströmen in hochintensiven Niederschlags- und seismischen Regionen, wobei der Schwerpunkt auf dem westlichen Teil von Sichuan, China, liegt. Sie unterstreicht die verheerenden Auswirkungen von Schuttströmen, die Infrastruktur zerstören, erhebliche Verluste an Menschenleben verursachen und zu sekundären Katastrophen wie Stauseen und weiteren Erdrutschen führen können. Die Studie untersucht den Abbau von Schuttströmungsablagerungen unter Nass-Trocken-Zyklen und dynamischer Beladung und simuliert Bedingungen, die bei periodischen Regenfällen und seismischen Aktivitäten auftreten. Durch statische und dynamische triaxiale Tests zeigen die Forschungen die Abbaumuster sowohl statischer als auch dynamischer mechanischer Eigenschaften und liefern empirische Formeln für die Festigkeitsdämpfung. Der Artikel verwendet auch die Rasterelektronenmikroskopie (REM), um die mikrostrukturellen Veränderungen in den Ablagerungen zu analysieren und bietet Einblicke in die Entwicklung makroskopischer mechanischer Eigenschaften. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die deutliche Verringerung der uneingeschränkten Druckfestigkeit, der Zusammenhalt und die Erhöhung des inneren Reibungswinkels aufgrund von Nass-Trocken-Zyklen. Die dynamischen Eigenschaften der Ablagerungen werden ebenfalls untersucht und zeigen, wie sich die kumulative Dehnung und das Dämpfungsverhältnis von Kunststoffen unter unterschiedlichen Grenzdrücken und dynamischen Spannungsverhältnissen ändern. Diese umfassende Studie schließt eine kritische Lücke in der Literatur, bietet neue Erkenntnisse über das Verhalten von Schuttablagerungen und bietet theoretische Unterstützung für Risikobewertung, Infrastrukturdesign und Katastrophenschutz in Regionen mit hoher Intensität.
KI-Generiert
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Abstract
Debris flow deposits are widespread geological bodies in areas with high seismic intensity. The static and dynamic characteristics of debris flow deposits have become increasingly complex due to periodic heavy rainfall events and earthquakes. This study investigated the degradation of debris flow deposits under wet‒dry cycles through laboratory-based static, dynamic, and SEM microscopic tests. The results revealed a significant decrease in the unconfined compressive strength (UCS) with increasing number of wet‒dry cycles, with a 17.48% reduction after five cycles. The cycles lead to fine particle loss, increased pore size, and altered particle contact forms, reducing overall stability. Cohesion decreases notably with each cycle, whereas the internal friction angle slightly increases, as observed in triaxial tests. SEM analysis revealed that the main mechanism of cohesion degradation was the loss of viscous particles and the evolution of the pore structure caused by wet‒dry cycles. The interlocking effect between particle rearrangement and angular particles gradually strengthens, leading to an increase in the internal friction angle. In addition, the results of the dynamic triaxial tests revealed that as the number of loading cycles increased, the accumulated axial strain gradually increased, especially during the initial loading cycles. Moreover, the damping ratio increases. The dynamic stress ratio, confining pressure, and axial plastic strain are positively correlated. This study links environmental cycling to debris flow sediment degradation, revealing both macroscopic and microscopic mechanisms. It provides essential parameters for evaluating sediment stability in high-rainfall areas, offering a solid foundation for disaster prevention, engineering design, and risk mitigation.
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