典型泥石流堵河案例运动过程与堆积区特征分析——以四川石棉熊家沟泥石流为例

泥石流堵河已成为当前地质灾害领域研究的热点问题,众多堵河判别式的提出,有效地丰富了泥石流堵河的理论认识和实践防治,但往往缺乏详尽的数据支撑进行验证和反演。针对大渡河中游典型泥石流堵河案例的开展运动过程与堆积区特征分析,得出以下结论:2013年7月4日四川石棉熊家沟泥石流为一次典型的泥石流堵河事件,主要的特征表现为堰塞体形成、主河水位陡涨、对岸建筑物破坏严重、熊家沟具有泥石流沟道形成的流域、动力、物源特征,堵河后,熊家沟泥石流总物源量和动储量较堵河前分别增加116.55%,85.28%。熊家沟的地质灾害孕灾背景有利于堵河事件的频发性,现已进入活跃期;通过多种方法手段,获取了熊家沟泥石流堵河事件的原始数据,分别为10项主河特征数据、11项支沟特征数据,均为当前堵河判别式所需的绝大部分参数,具有很强的客观性和真实性。可为相关泥石流堵河研究提供参考。     

泥石流堵河影响因素研究——以岷江上游为例

以岷江上游为研究区,选取堵河型泥石流沟4条、堵塞型和不堵河型泥石流沟各2条,在详细分析和比较8条典型泥石流的流域特征、一次有代表性的泥石流过程的泥石流流体特征及沟口处主河特征的基础上,结合专家问卷调查,得出了与泥石流堵河关系较为密切的因素,它们是:泥石流规模、堆积区主河宽度、泥石流沟床比降、泥石流流量、入汇处主河流量、泥石流颗粒级配、入汇处主河比降、泥石流粘度、重度、泥石流沟与主河夹角、泥石流暴发频率等。     

中低山冲沟型泥石流运动参数及过程模拟

降雨诱发中低山冲沟型泥石流的运动速度、堆积厚度是泥石流防治的重要参数,以江西省修水县平石寺泥石流为研究对象,采用现场调查、流槽试验、Voellmy碎屑流运动理论和快速物质运动仿真平台(RAMMS3D)等方法对泥石流演化过程模拟。结果表明,泥石流的最大的泥石流运动速度、堆积厚度分别是5.69m/s、12.63 m,各关键位置运动速度、堆积厚度与泥石流现场调查结果相近;现场调查和流槽试验为数值模拟提供地形地貌、干摩擦系数和黏滞系数等关键参数,RAMMS3D数值模拟能够准确地模拟泥石流的运动变形过程,确定泥石流的影响区域。     

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。     

泥石流浆体冲击拦砂坝荷载计算的实验研究*

泥石流冲击力大小是泥石流灾害防治工程设计最重要的参数之一,但到目前为止,泥石流对拦砂坝的冲击力计算还存在很大争议。本文通过在拦砂坝上安装冲击力传感器测量冲击力值,详细分析不同容重泥石流,不同沟道坡度及不同拦砂坝迎水面倾角等因素下泥石流对拦砂坝坝体的冲击作用。研究表明,影响泥石流浆体冲击力大小的主要因素有泥石流容重、沟床坡度和泥石流流速;在沟道坡度和泥石流总量相同时,泥石流浆体冲击力大小随泥石流容重的增加而降低;在泥石流容重不变时,随沟道坡度的增加而增加;泥石流容重和沟道坡度的影响主要反映到泥石流流速的变化中,推导出新的泥石流浆体冲击力大小计算公式;该公式表明,泥石流浆体冲击力大小同泥石流表面流速呈正比例关系,而比例系数因泥石流容重的不同而不同。分析比较了新公式同原有公式的差异,并举例说明了新计算公式的实用价值,为泥石流防治工程设计提供技术支撑。     

天山阿拉沟泥石流运动机理分析

本文论述了天山阿拉沟地区泥石流运动的时空分布规律，分析了泥石流形成的沟谷环境特征，讨论了降雨对泥石流起动的激发作用。探讨了泥石流的运动机理，推导了泥石流起动的地表临界倾角范围，并从泥石流运动的物理机制上探讨了泥石流悬浮质的运动规律以及推移质的挟沙力关系。在此基础上，从力学的角度深入讨论了泥石流的运动速度及运动阻力，对其物理性态进行了机理性模拟，为泥石流的预测与防治提供科学的理论基础     

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。     

溪洛渡坝区下游癞子沟泥石流发育特征及堵江可能性分析

在野外详细调查、测绘的基础上,研究了癞子沟泥石流的特性,分析了泥石流堵江的可能性。研究结果表明,癞子沟是一条老泥石流沟,泥石流的性质为过渡—粘性,容重为1.8～2.2 t/m3,规模属大—特大型。通过计算和分析,癞子沟泥石流在区域性降雨条件下,不会堵断金沙江,但是在局地暴雨条件下,可能堵断金沙江。如果在200年一遇泥石流堵断的情况下,堵河的高度达20.11 m;500年一遇时,堵河的高度达30.39 m。堵江后不但会淹没大坝尾水出水口,而且导致沟口右岸的癞子沟碴场失稳,形成灾害链。     

泥石流梁式格栅坝泥砂粒径调节试验研究∗

梁式格栅坝是泥石流防治工程中一种常见的透过型拦砂坝,具有拦粗排细的独特功效。通过室内水槽模型试验,探究了梁式格栅坝对泥石流泥砂粒径的调节特性。研究表明,梁式格栅坝在试验工况下均表现出一定的粒径调节作用,但在不同条件下差异明显,对于水石难分的高容重泥石流难以达到较好的粒径调节效果。分析认为,透过型拦砂坝的粒径调节可能是其容重调节的原因,坝体拦截了大部分粗颗粒物质,使泥石流体的结构变化,导致泥石流浆体能悬浮和输移的最大颗粒粒径变小。其次,提出了一种可用于透过型拦砂坝泥砂粒径调节效率的评价方法,并对比分析了该方法与现有常用评价方法的优势与合理性;基于模拟试验结果,通过多元非线性拟合,得到了新评价方法下考虑泥石流性质、过坝前运动状态和坝体尺寸的影响因素的泥砂粒径调节效率计算公式,可为梁式格栅坝设计中粒径调节效率的预测评估提供参考。此外,试验发现,梁式格栅坝泥砂粒径调节效果还受其拦截泥石流时的闭塞表现的影响。     

带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能分析

大块石冲击是造成泥石流拦挡坝破坏的主要因素之一,为了提高拦挡坝的抗冲击能力,提出一种带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝。利用ANSYS/LS-DYNA,对泥石流大块石冲击新型坝和重力式拦挡坝进行了数值模拟,分别得出了新型坝和重力坝的冲击动力响应并进行对比分析。此外,考虑不同的防撞墩尺寸、布置间距以及不同的后部坝体厚度,对新型坝进行参数分析。结果表明:新型坝提高了自身抗冲击性能的同时还提高了材料强度利用率,其明显优于普通坝。防撞墩的截面高度、布置间距以及后部坝体的厚度对新型坝的抗冲击性能和整体刚度影响很大,因此在新型坝设计中必须综合考虑以上因素。     

稀性泥石流的平均运动速度研究

泥石流的运动速度是泥石流动力学研究中最重要的参数。稀性泥石流是常见也是危害较大的泥石流类型,准确而简洁地计算稀性泥石流的运动速度非常重要。现有的稀性泥石流平均速度经验公式,在使用上和适用地区上还存在一些问题。本文通过分析一系列稀性泥石流观测资料中的体积浓度与稀性泥石流的运动速度和阻力特征的关系,得出了一个新的计算稀性泥石流平均运动速度的经验公式,该公式能适应各种类型的泥石流沟,适用于一般急流的稀性泥石流;对于缓流稀性泥石流,计算值与观测值相比偏大,但很接近;不适用于缓慢稀性泥石流。本文提出的经验公式,使用简洁,计算稳定,与其他方法计算的稀性泥石流平均运动速度很接近。该速度计算经验公式也适用于稀性泥石流堆积扇上游沟道,但对于堆积扇上的速度,计算值偏大,且越往堆积扇的下游,偏差越大。     

单切口坝对稀性泥石流的拦砂性能——试验研究与比较分析

通过室内水槽试验,探讨了单切口坝对稀性泥石流的拦砂性能,并与梳子坝的试验结果进行了比较分析。初步得到：（1）单切口坝有全闭塞、部分闭塞和不闭塞3种闭塞类型。当切口宽度b与稀性泥石流中最大颗粒粒径dmax之比b／dmax≤0．394时,切口全闭塞;b／dmax≥1．478时,切口不闭塞;0．394〈b／dmax〈1．478时,切口为部分闭塞。（2）单切口坝在降低过坝泥石流密度变化量上,与梳子坝有相似规律。对单切口坝而言,b／dmax在0．394～0．739之间,过坝泥石流密度变化量随b／dmax增大而增大,在b／dmax=0．739时,过坝泥石流密度变化量达到最大,其后随着b／dmax的进一步增大,过坝泥石流密度变化量逐渐减小;在0．493≤b／dmax≤0．986之间,单切口坝降低过坝泥石流密度变化量较显著。（3）在相同的试验条件下,以过坝泥石流平均密度及其降低率为防治泥石流的效益指标,显示梳子坝与单切口坝的坝后平均密度的比值大多小于1,表明在相同的试验条件下梳子坝对稀性泥石流的防治效果较好。     

翼墙型拦挡坝在泥石流防治中的应用研究——以塘房沟泥石流治理为例

"5·12"大地震后,灾区泥石流灾害发生频率明显升高。为消减灾害影响、减少损失,现已对灾区大部分易发性泥石流沟进行了治理。在泥石流的防治工程中,拦挡坝是一种应用比较广泛的措施。相比于传统的直线型重力拦挡坝,本文结合塘房沟泥石流形成的地质条件,提出并应用翼墙型拦挡坝在泥石流的防治工程中。本文利用有限元软件ANSYS对翼墙型拦挡坝在泥石流整体冲击力作用下进行了数值模拟计算,分析了拦挡坝的变形和受力特征。最后结合拦挡坝的数值模拟计算结果,为保证拦挡坝的长期有效性,对其进行了结构设计优化,研究成果可为相似泥石流防治工程提供借鉴。     

磨西河特大型泥石流堵塞大渡河分析——以一次泥石流规模、不同频率雨洪法流量定量计算

通过一次过程总量与堵河最小规模的计算,磨西河泥石流堵塞大渡河最小的一次过程总量为84.26万m3。在不同频率下的泥石流一次过程总量计算中,当P=2%(50年一遇),磨西河一次过程总量为83m3,发生堵河可能性较大。     

泥石流堵塞坝溃决模式实验

为了研究泥石流堵塞坝溃决的模式,采用模型实验对堵塞坝溃决的过程进行模拟,实验历时2个月,共13组.实验中,通过改变主沟的水力参数和坝体参数研究泥石流堵塞坝溃决的全过程,并作了相关记录.通过对理论和实验数据的分析,泥石流堵塞坝的溃决形式有3种:冲刷溃决、有表面流的泥石流堆积体水力再启动、没有表面流的泥石流堆积体重力再启动.讨论了冲刷溃决中颗粒启动和有面流泥石流水力再启动的临界条件,并分析了启动流速u0和颗粒粒径D之间的关系;分析了泥石流重力再启动时堵塞坝坡面破坏的一般形式和特征;通过实验数据对不同溃决形式的溃决条件进行了验证,结果比较吻合.     

泥石流坝后侵蚀坑纵剖面形态及最大深度实验研究

泥石流拦砂坝坝后侵蚀坑形态和深度是泥石流冲刷基础研究的薄弱环节。通过室内水槽实验,探讨了泥石流坝后侵蚀坑的形态和不同实验控制条件下侵蚀坑深度的变化规律等。由实验观察可知,侵蚀坑纵剖面整体上呈现两端浅中间深的形态特征,其最深点的位置随水槽坡度增大向下游方向发展;侵蚀坑坑内上游坡度较下游坡度陡,对于具有相同级配的粘性砂和无粘性砂,无粘性砂的侵蚀坑坑内坡度较粘性砂的缓;侵蚀坑的最大深度受沟床纵坡、泥石流的容重、沟床组成物质的性质(特征粒径、粘性)等因素的影响较大;泥砂粘性的存在将大大削弱侵蚀的深度。     

泥石流运动饱和浓度和流量的实验研究

对泥石流饱和浓度的研究具有重要和普遍意义。目前泥石流饱和浓度的研究还不能解释泥石流运动的一些物理含义,也不能完全反映泥石流饱和和运动的浓度规律。本文通过对两种颗粒在水槽中运动的饱和浓度和流量的研究,给出了泥石流的饱和浓度计算公式。该公式有较好的物理含义,与有关的实验资料对比有较好的一致性。文中还给出了泥石流流量的计算公式,与野外资料对比,所给公式能覆盖这些野外资料数据。     

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。     

平面滑动型涉水岩质滑坡速度计算模型研究

很多大水库有大量的库岸滑坡涉水,水阻力无疑是涉水滑坡运动速度的一个最重要影响因素.将水中运动块体迎水面所受的总阻力分为静水阻力和运动阻力两部分,基于块体水下运动阻力实验,分析了不同运动速度和不同涉水深度对水下运动块体迎水面所受到的水阻力的影响,确定了水下运动块体迎水面的水阻力计算模型;以平面滑动型涉水岩质滑坡为模型,分析了水下部分静水压力的计算模型,结合滑坡运动的动力学和运动学方程,提出了平面滑动型涉水岩质滑坡运动速度计算模型.     

泥石流窗口坝闭塞类型及其临界条件实验研究

窗口坝是泥石流拦挡坝常用类型之一,其设计仍以设计者的经验和水工设计方法为主,尚缺乏理论依据和技术支持。窗口坝设计时如何选择合理的开口尺寸、数量,使其达到良好的拦砂效果,是目前急需解决的技术问题。通过实验对窗口坝拦截不同性质泥石流时的闭塞类型及其临界条件进行了探讨,发现窗口坝拦截稀性、过渡性泥石流时表现为全闭塞、部分闭塞和不闭塞3种类型:当F≤0.95时,窗口坝全闭塞;当0.95F≤1.5时,窗口坝部分闭塞;当F1.5时,窗口坝不闭塞。窗口坝拦截粘性泥石流时表现为全闭塞和部分闭塞2种类型:当F≤2.7时,窗口坝全闭塞;当F2.7时,窗口坝部分闭塞。