梯-潭结构型泥石流排导槽消能特征试验研究

梯-潭结构型排导槽是一种适用于大比降沟床条件下的泥石流排导工程措施,因其良好的防治功效和工程价值而具有较好的应用前景。选取泥石流容重、规模和潭深为主要影响因素,通过水槽试验模拟泥石流在梯-潭结构型排导槽中的运动过程。结果表明,潭内表层铺填的砾石在泥石流浆体强烈的紊动和大颗粒冲击碰撞下发生明显的物质交换现象,且排导过渡性泥石流时物质交换现象最为强烈,稀性泥石流次之,粘性泥石流则相对较弱;梯-潭结构型排导槽的消能主要体现在泥石流通过梯-潭结构时泥深变化和加剧紊流两个方面;梯-潭结构的消能效率与潭深呈正相关关系,且消能率基本大于20%,最大消能率可达73.93%。当潭深过大时,梯-潭结构对泥石流表现出明显的拦截作用,虽消能效果明显,但与排导宗旨相悖。而泥石流规模对梯-潭结构消能的影响相对较小,整体呈现规模越小消能率越高的趋势。     

交错齿槛型泥石流排导槽研究初探

排导槽是一种常见的泥石流防治措施,提出了交错齿槛槽定义,即该类槽是指由两束流侧墙及置于其间交错排列的梯级齿槛群构成的一种新型泥石流排导槽,根据流域面积与沟床纵比降可分为3种类型;详细分析了交错槽的结构特征,并根据泥石流的不同阶段阐述了泥石流在交错槽中的流态形式;最后从消能机制、冲刷磨蚀、生态效益等方面将交错槽与东川槽等常规阶梯深潭系统做了比较,指出交错齿槛槽具有明显的优势,为进一步研究泥石流与交错齿槛的作用机制、泥石流在其中的排导特征等打下基础。     

白龙江中游泥石流排导槽运行现状及防治建议

以白龙江中游泥石流排导槽为研究对象,总结分析了该地区泥石流排导槽的运行现状及存在问题,并分析出现排导问题的主要原因。通过对研究区20条泥石流沟的调查,研究发现该地区排导槽存在因槽体结构或尺寸设计不合理等原因而引起泥石流的漫溢、淤积、槽底侵蚀以及在泥石流的冲刷作用下引起的排导槽基础掏蚀、侧墙侵蚀破坏等问题。对该地区泥石流沟出现的排导问题进行分类发现,泥石流排导槽的排导问题与泥石流沟流域面积有一定关系,淤积情况一般多发生于面积较小的泥石流沟中,而冲刷侵蚀情况则较多发生于面积较大的泥石流沟中。结合实地情况及泥石流排导槽出现的排导问题特点,提出相应的工程防治建议。     

V型排导槽横纵比降对泥石流流速的差异影响研究

V型排导槽是一种有利于泥石流固体物质排泄的速流结构形式,可解决泥石流在槽内发生淤积堵塞的难题,因而被广泛应用。但是,因V型排导槽流速计算中水力坡度采用相同权重横纵坡矢量合成的综合比降,导致排导槽流速计算结果不准确而仍发生泥石流淤积的现象,不能充分发挥V型排导槽的速流优势。为了揭示V型排导槽横纵比降对泥石流流速的差异影响,设计完成了25组室内模型实验,分析了不同横纵比降组合条件下泥石流流速的差异及原因,查明横纵比降均与泥石流流速呈正相关关系,其中横比降对泥石流流速的影响低于纵比降;根据实验数据建立了泥石流流速关系式,得到横比降和纵比降在V型排导槽泥石流流速中的权重分别为0.75和1.30,验证了横比降在V型排导槽综合比降中的权重影响低于纵比降,为V型排导槽过流能力计算的优化研究提供思路和参考。     

两种主要泥石流排导槽的比较

通过大量的实例工程的考察，对两种主要泥石流排导槽－东川槽和V型槽的设计，投资及运行现状进行比较，分析总强出排种导槽各自的优缺点，以供以后设计时参考，优化设计，更有效防治泥石流，节约投资，保护生命财产安全。     

泥石流V型排导槽防淤设计方法及其应用研究

排导槽是泥石流治理常用的工程措施,泥石流若在槽内淤积,将极大影响排导槽防治效果。目前国内现行规范中没有关于排导槽淤积情况计算的相关条款,导致排导槽被泥石流淤埋的工程事故时有发生。鉴于此,分析了排导槽淤堵的常见原因,对现有的一些排导槽淤积验算公式进行了分析和整理,提出了一套基于槽宽验算、槽内泥深及流速验算等公式的排导槽防淤设计验算方法。该方法在雅(安)泸(沽)高速公路沿线某泥石流沟V型排导槽淤埋事故的处理中进行了应用,重建的排导槽经受了2011年6月17日特大暴雨形成的泥石流的考验,说明该方法实施效果良好,可供相关研究与设计参考。     

泥石流排导槽磨蚀行为特征研究

磨蚀损坏是泥石流排导槽失效的重要诱因之一。对排导槽底面受泥石流冲刷而产生磨蚀的研究现状进行总结,并基于摩擦磨损理论分析排导槽的磨蚀系统特征,以期促进泥石流排导槽磨蚀损坏的机理研究及抗磨蚀结构的研发应用。通过泥石流排导槽磨蚀的野外现象考察和理论分析,总结了磨蚀系统构成、磨蚀影响因素、磨蚀形貌和磨蚀行为特征。结果表明,泥石流排导槽磨蚀面是一个复杂的多相系统,涉及因子众多,符合系统依赖性、时间依赖性和多学科交叉耦合的摩擦学系统特征;磨蚀影响因素分为泥石流自身磨蚀能力因素和排导槽抗磨蚀能力因素两大类,包括泥石流容重、流速、颗粒组分、泥深、流变参数、流态参数、过流持续时间和排导槽结构断面型式、衬砌材料的强度、骨料级配和硬度等;磨蚀形貌可归纳为层状剥落、犁沟状切槽、“壶穴状”磨蚀坑和肋槛顶部磨蚀共四类。     

岷江上游干旱河谷区龙洞沟泥石流及其防治

龙洞沟发育于岷江上游四川茂县境内,沟口地带属干旱河谷区.该沟流域面积14.52 km2,沟长9.15 km,相对高度2 534m,沟床比降23.7%,沟内滑坡发育,形成泥石流的地形和松散固体物质条件充分;偶尔出现的高强度、短历时暴雨是泥石流形成的水源条件和激发因素.该沟主沟为低频率泥石流沟,以中-大规模和特大规模泥石流为主,中-大规模泥石流约30～50 a一次,大-特大规模泥石流约50～100a一次;支沟泥石流活动频繁,但多为小规模.泥石流流体性质,支沟的几乎均为粘性,重度可达2.0～2.3 t/m3,而主沟的则以稀性为主,重度一般为1.3～1.6 t/m3.泥石流治理采用土木和生物工程相结合的综合措施,土木工程包括谷坊17座,拦砂坝5座,主沟排导槽1 054 m,支沟排导槽198 m;生物工程按流域生态功能分区进行,在分出的5个生态区实施造林398 hm2,退耕还林还草40hm2,林地封禁、抚育779 hm2,果园改造、更新40 hm2,生物谷坊10座.     

泥石流岩土防治工程治理效果分析与评价——以四川汶川卧龙幸福沟为例

为了研究泥石流岩土防治工程在泥石流的防灾减灾中所起的作用,以2019年"8.20"泥石流为背景,结合现场考察,对四川汶川县卧龙幸福沟泥石流岩土防治工程的治理效果进行分析和评价。根据研究区防治工程的分布,将拦挡工程因子和排导工程因子作为2项一级指标,同时考虑防治工程运行情况,筛选出与治理效果相关的9项二级指标,其中拦挡工程的评价指标包括工程运行情况、容重削减率、堆积物粒径比、流量削减率、回淤坡度比、拦蓄泥沙比,排导工程的评价指标包括工程运行情况、沟床纵坡比、断面参数比,采用层次分析法确定权重进行效果综合评价,认为幸福沟泥石流岩土防治工程的治理效果为中等,与现场的调研结果一致,验证了评价体系的合理性和该方法的可行性。     

泥石流的危害与综合防治

泥石流是一种危害性极大的地质灾害，根据不同的规模、性质、地形条件和受害对象表现为多种形式。根据泥石流的发生条件、基本性质、发展趋势和治理需要，结合其自身特点，主要有预防、预警报和治理3种主要防治措施。总结我国近几十年来泥石流综合防治经验，常用的综合治理有全面的、以治水为主的、以治土为主的、以排导为主的和以生态措施为主的等5类。给出了以排导为主的综合防治实例。     

窗口坝对黏性泥石流的流量调控性能研究∗

基于水槽试验,探讨了窗口坝对黏性泥石流的流量调控特性,并结合数值模拟对其调控过程进行了初步分析。结果表明：窗口坝对黏性泥石流的流量调控作用不仅表现在窗口坝对黏性泥石流峰值流量的削减能力上,还表现在对泥石流过流的延时效应上;不同工况条件下,窗口坝对黏性泥石流的调控能力不同,泥石流峰值流量削减率与窗口坝相对开口宽度、高宽比、开口率整体呈负相关,与泥石流容重整体呈正相关,但对容重较低的泥石流,窗口坝的调控作用较小;窗口坝对黏性泥石流的调控作用是窗口坝实体部分和开口部分共同作用的结果：窗口坝通过实体部分拦挡泥石流,降低泥石流的流速,并使泥石流于窗口坝库内发生流速“重分布”,再利用窗口坝大开口对其进行有控制的排导,以此来发挥窗口坝对黏性泥石流的调控效果。     

西攀高速公路泥石流防治与对策

在野外调查与资料分析的基础上,总结了西攀高速公路沿线泥石流的分布特征,并通过分析典型泥石流防治工程的缺陷,提出在当前山区高速公路泥石流防治工程中,西攀高速公路泥石流防治中所暴露的问题具有代表性。针对高速公路与成昆铁路的空间位置关系,在成昆铁路沿安宁河已占有较好线位的条件下,根据成昆铁路防治泥石流的成功经验,提出了西攀高速公路泥石流防治工程的主要策略。     

震后泥石流防治工程减灾效益评价研究

汶川地震后物源增多、泥石流规模增大,而震后泥石流防治工程设计尚缺乏理论指导,导致众多泥石流防治工程在建成后短期内就被淤满或冲毁,防治效果不理想。为探讨震后泥石流工程防治效果和工程改良,以北川县青林沟泥石流防治工程为例,采用数值模拟软件Massflow对不同降雨条件和不同防治工程条件下泥石流进行模拟,结合危险度模型,开展泥石流防治工程减灾效益评价。研究表明:1#坝(主要工程)拦截作用弱,减灾效益不明显,2#坝在防灾减灾中起主导作用;2013年青林沟内按20年一遇设计标准建成的防治工程仅能拦截一次10年一遇泥石流;对比8种工程改良和组合条件的减灾效益,最优模式为加高2#坝1m并沿用现有导流堤的"拦排"治理模式;震后进行泥石流防治工程设计时要适当考虑增大堵塞系数,提升设计年限标准,结合不同工程的作用,合理布置工程。     

桩林坝拦截泥石流闭塞表现及其影响因素∗

开口闭塞表现及其临界值判别是桩林泥石流拦砂坝设计中的关键因素,然而目前国内外对桩林坝的相关研究还较少.通过开展桩林坝拦截泥石流试验,分析了泥石流重度、坝体排数、排间距、横向开口宽度等因素对桩林坝闭塞表现的影响.研究表明:桩林坝闭塞存在全闭塞、半闭塞、不闭塞三种类型.泥石流重度与桩林坝闭塞度呈正相关关系.当桩林排数从一排增加至两排时闭塞度有较大提高.排间距、开口宽度与桩林坝闭塞度成负相关关系.基于试验数据及多元回归分析提出了桩林坝闭塞度的经验计算公式.同时提出了桩林坝拦截泥石流临界综合闭塞判据F,当F≤8.1时,桩林坝表现为全闭塞类型;8.1＜F＜27.5时,桩林坝表现为半闭塞类型;F≥27.5时,桩林坝表现为不闭塞类型.     

泥石流起动的突变学特征

泥石流起动是泥石流发生、发展、成灾全过程中的关键环节,起动规律是泥石流预测预报和灾害防治的理论基础。对建立在实验基础上的泥石流起动条件进行适当变换,得到泥石流起动势函数,它符合尖点突变模型。进一步分析,发现准泥石流体起动时具有突变、缓慢和过渡状态等多条路径,并在起动临界点附近具有发散性和模态软化等性质。根据这些起动特性提出的单沟泥石流预测方法以及通过调控准泥石流体起动条件使之不起动,达到泥石流灾害治理防患于未然的新途径,已在泥石流防治中取得了实效。     

都(江堰)汶(川)公路泥石流危险性评价及活动趋势

泥石流危险性评价是合理制定泥石流防治方案和进行泥石流防治工程设计的必要前提。板子沟、桃关沟、登基沟和彻底关沟是岷江两岸的大型泥石流沟,严重威胁着沟口公路桥梁的安全。危险性评价结果表明,登基沟、桃关沟和板子沟均为具有高度危险的泥石流沟,危险度分别为0.74、0.69和0.68,高度危险的泥石流沟可造成重大灾难和严重危害。彻底关沟泥石流危险度为0.50,属中度危险。板子沟、桃关沟和彻底关沟均为低频率泥石流或高含沙洪水,平均20～50年发生一次;登基沟泥石流(包括高含沙洪水)发生频率稍高,平均5～10年发生一次。研究表明,如果板子沟和桃关沟内人工采石的强度能得到有效控制,没有明显迹象表明上述4条沟的泥石流活动会有增强的趋势。     

毛家湾隧道口沟泥石流形成机制及发展趋势研究

2010年8月14日、2011年7月3日,G213线都(江堰)汶(川)路段毛家湾隧道口沟经历了两次规模较大的泥石流。泥石流携带的大量固体物质没有冲出沟口,而是淤积于主沟沟床,逐次向下游推进。由于该沟流域面积小、沟长短、纵坡大、沟道较顺直,因此产生上述现象,着实令人费解。笔者通过深入调查、多年跟踪研究,从毛家湾隧道口沟所处的地质环境入手,分析了泥石流的形成条件,及其与强震、强降雨的关系,泥石流的运动与沟床物质组成的关系;初步揭示了泥石流的运动-堆积特征及形成机制。提出了一次泥石流运动过程中具有"紧急刹车"的现象,以及多次泥石流具有"逐次推移"的发展模式,对防治具有类似特点的泥石流灾害具有借鉴价值。     

基于能量耗散过程的拦砂坝泄流孔堵塞判别研究∗

泄流孔堵塞对坝体结构稳定和长期安全运行有着极大的影响。现拦砂坝泄流孔的设计大多基于经验,缺乏定量分析方法。基于泥石流在泄流孔中的能量耗散过程,提出了基于获取必要参数情况下的泄流孔堵塞判识方法,分析了泄流孔设计参数和泥石流性质对堵塞的影响。进一步通过对比验证了判别方法的合理性,可将误差控制在 15% 以内。最后应用该法对四川省绵竹市文家沟的拦砂坝泄流孔进行了分析,结果表明该坝泄流孔较易发生充满全孔的泥石流停淤堵塞,与实地勘察结果一致。根据理论分析,为保证泥石流的顺畅排导,建议在该坝前布设能量调控设施,调控进入泄流孔的泥石流流速使其控制在合理范围内。     

泥石流梁式格栅坝闭塞临界判据及其拦沙性能试验研究

梁式格栅坝是常用的泥石流透过型拦砂坝之一,因其拦粗排细、汰沙排水等特点以及良好的工程和环境效益而在泥石流防治工程中有较好的应用前景。通过试验模拟梁式格栅坝对泥石流的拦截过程,提出了一种考虑多因素影响的格栅坝闭塞临界条件综合判据F。当F≤3时,梁式格栅坝表现为全闭塞;当3F11时,梁式格栅坝表现为部分闭塞;当F≥11时,梁式格栅坝表现为未闭塞。研究认为横梁间距对泥石流梁式格栅坝闭塞条件的影响大于泥石流容重的影响,而沟道纵坡相对上述两者影响有限;分析得到了梁式格栅坝拦沙率与泥石流容重以及横梁间距之间的计算关系式;此外,试验发现梁式格栅坝的闭塞表现和拦砂性能与泥石流的速度和颗粒形状有一定关系。     

泥石流突变模型

本文在崔鹏的泥石流实验工作的基础上，用柘扑变换的方法建立了一个泥石流突变模型；并分析了泥石流的突变条件和机制；从理论上指出了防治泥石流发生和减轻泥石流灾害的措施，这在设计防治泥石流工程上将具有指导意义。