泥石流拦砂坝溢流口过流能力实验研究

拦砂坝溢流口过流能力的大小是工程设计中的关键参数之一,也是影响坝体安全的重要设计参数。结合泥石流过流特点,分析推导了拦砂坝溢流口过流能力的参数计算式;在此基础上,通过水槽实验建立了流量系数的经验公式。水槽实验表明,溢流口过流能力随泥石流密度的增大而减小,随沟道坡度的增大而增大,随相对沟道宽度的增大而增大,溢流口位置与沟道中心相对者大,溢流口位置与沟道中心偏离者小。与现有计算方法相比,所提通过理论推导和水槽实验建立起的拦砂坝溢流口过流能力参数计算式,计算结果更为精确可靠,可用于泥石流拦砂坝溢流口设计时的过流能力验算。     

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。     

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。     

非透过性泥石流拦砂坝研究现状及展望

由于泥石流动力过程的复杂性和理论研究的不完善,拦砂坝防治工程中关键参数计算与拦砂坝结构设计仍然存在诸多不足。首先,简要介绍了拦砂坝工程防治的发展历程及其重要作用。然后,从溢流口过流能力计算、坝体所受泥石流冲击力、坝后冲刷深度与基础埋深以及坝体结构稳定性4个方面详细评述了非透过性泥石流拦砂坝研究取得的主要成果及存在的问题。最后,从设计参数计算方法、新型拦砂坝结构、新型抗冲耐磨材料的研发与应用以及拦砂坝防治体系建设等方面探讨了非透过性泥石流拦砂坝研究的发展趋势。     

梳子坝淤砂形态特征试验研究

通过室内水槽试验,探讨梳子坝淤砂的形态特征、淤砂长度和回淤坡度等,初步得到:(1)梳子坝在全闭塞时,淤砂形态与实体坝相似,在淤砂区的前部,淤砂高度大致等于坝体高度,在淤砂区的尾部,都有一个明显的陡坎;梳子坝在部分闭塞时,淤砂形态与不闭塞情况下淤砂形态相似,在淤砂区的前部,都有一个缓坡。不闭塞时形成的缓坡坡度稍大于部分闭塞时的缓坡坡度,但都明显小于水下休止角,表明梳子坝淤砂形态异于狭缝坝。(2)梳子坝淤砂长度与切口宽度有关,大致有随着切口宽度的增大而减短的趋势;切口密度和泥石流浓度对淤砂长度有影响,淤砂长度有大致随切口密度的增大而堆积长度减短的趋势。(3)在相同试验条件下,梳子坝回淤坡度与实体坝相比大致相近,波动范围很小;在相同的切口宽度条件下,切口密度对回淤坡度有一定的影响,同时证明沟床坡度和泥石流的物质级配、容重及规模对回淤坡度也有一定影响。     

泥石流最大爬高计算的试验研究

泥石流在运动过程中如遇到障碍物会产生爬高是泥石流运动的显著特征,泥石流最大爬高计算是泥石流防护工程设计的重要参数之一。为了探究泥石流最大爬高的计算公式,分析了原有理论公式的不足,使用泥石流表面流速对最大爬高计算公式进行了新的理论推导,并通过室内模拟试验对新推导的公式进行了验证,同时结合试验结果和野外观测资料对新公式的适用性进行了讨论。试验证实,通过能量法采用泥石流表面流速推导得到的泥石流爬高计算公式较为合理,计算结果与室内试验实际测量结果较吻合,对泥石流防治工程设计参数的选取具有重要意义,可用于指导泥石流工程的防治。     

四川省汶川县簇头沟“7.10”泥石流灾害成因与特征分析

簇头沟是岷江右岸一条低频泥石流沟,受2013年7月极端暴雨的影响,暴发特大泥石流。结果显示,汶川地震造成流域内的坡面和沟道堆积的大量的松散物质是泥石流形成的物源,流域上游暴雨及其形成的山洪是此次泥石流形成的激发因子。"7.10"泥石流为过渡性泥石流,泥石流容重约为1.8~1.9 t/m3,沟口处最大流速为9.2 m/s,峰值流量为515 m3/s,冲击力达到3 657 t,输沙总量约为50×104m3。泥石流过程表现为为暴雨(山洪)—滑坡(坡面泥石流)—泥石流—堰塞湖—溃决洪水。对震后低频泥石流危险性认识不足、防治工程设计标准偏低是此次灾害造成重大损失的主要原因。在未来灾害防治工程设计中,应合理估计灾害规模和潜在风险。     

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。     

泥石流泥舌水力特性的沿程变化实验研究

泥石流过坝泥舌的水力特性与拦砂坝下游冲刷坑的最终深度、长度和宽度等形态特征密切相关,准确认识泥舌下泄沿程上的水力特性对研究坝下游冲刷过程十分重要。通过进行6组泥石流容重条件、6组沟床纵坡条件泥舌下泄室内水槽实验,重点研究了泥舌在下泄沿程的运动轨迹、纵向厚度变化特征、横向宽度变化特征和下游入射角变化特征的水力特性,建立了泥舌水力特性与射距的关系,并通过分析泥舌水力特性与射距的相关关系得到泥石流容重、沟床纵坡对泥舌水力特性的影响。研究结果表明:(1)泥舌下泄运动类似于抛物体运动,在相同实验条件下,高容重泥石流和低沟床纵坡条件下对应的泥舌下泄运动轨迹曲线变化程度较大,低容重泥石流和高沟床纵坡条件下的泥舌下泄运动轨迹曲线变化程度较小;(2)泥舌纵向厚度随着射距的增大而增大,纵向厚度变化率与射距增大而增大并呈线性正相关性,二者线性斜率随着泥石流容重的增大先增大后减小、随着沟床纵坡的增大而减小;(3)泥舌横向宽度随着射距的增大而减小,横向宽度变化率随着射距的增大而减小并呈线性负相关性,二者线性斜率随着泥石流容重的增大而减小、随着沟床纵坡的增大先减小后增大;(4)泥舌下游入射角随着射距的增大而增大,下游入射角变化率随射距的增大而增大呈线性正相关,二者线性斜率随着泥石流容重的增大而增大、随着沟床纵坡的增大而减小。本研究着眼于泥舌下泄运动现象问题,研究了不同泥石流容重、沟床纵坡实验条件下泥舌在下泄沿程上的水力特性,以期准确认识泥舌水力特性,为研究坝下游防治冲刷提供参考。     

泥石流暴发的应力自组织临界特性

泥石流是一种严重的自然灾害。从广延能量耗散的角度看，泥石流暴发的应力演化过程是一种自组织临界过程。斜坡松散碎屑土触变液化系统在暴雨激发下，内部不同因子间的相互非线性作用，导致斜坡碎屑土自然地朝临界极限应力状态发展，最终暴发泥石流。本文以应力的自组织观点，分析了泥石流暴发的特性。蒋家沟泥石流的资料显示，泥石流规模与频率间存在着幂律关系，这说明泥石流活动具有自组织临界的特性。     

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。     

阵性泥石流运动与堆积的欧拉-拉格朗日模型──Ⅱ.应用

采用文献［１］中提出的阵性泥石流运动与堆积的欧拉－拉格朗日模型，模拟了阵性泥石流的运 动过程和堆积形态，得出了与地学研究中观测结果较为一致的认识．文中针对影响阵性泥石流的关 键条件，重点通过改变密度、坡度和各阵泥石流的时间间隔等参数，分析了这些参数变化对泥石流 运动及堆积规律的影响，提出了简化分析整个阵性泥石流的条件。研究表明，应用经试验资料验证 的数学模型不但可以方便、快捷地定量描述阵性泥石流的一般特性，而且能够提供关于阵性泥石流 运动及堆积的更多细节。     

阵性泥石流运动与堆积的欧拉-拉格朗日模型——II.应用

采用文献「１」中提出的阵性泥石流运动与堆积的欧拉－拉格朗日模型，模拟了阵性泥石流的运动过程的堆积形态，得出了与地学研究中观测结果较为一致的认识，文中针对影响阵性泥石关键条件，重点通过改变密度、坡度和各阵泥石流的时间间隔等参数，分析了这些参数变化对泥石流运动及规程规律的影响，提出了简化分析整个阵性泥石流的条件，研究表明，应用经试验资料验证的数学模拟不但可以方便，快捷地定量描述阵性泥石流的一般特征，而     

丹巴县邛山沟特大灾害性泥石流汇流过程分析

在实际调查的基础上,对2003年7月11日发生在四川省丹巴县邛山沟的特大灾害型泥石流汇流过程进行了模拟.研究发现,邛山沟泥石流的产生,系由于流域基岩表面的残破积物在70多天的断续降雨过程中饱和或接近饱和,在7月11日晚突降暴雨的作用下,沿途坡面土体基本同时启动,坡面泥石流汇流,产生高容重的粘性泥石流,最后与左支沟(甲沟)的洪水汇合形成大规模的泥石流.沿途由于粗大颗粒的堵塞,峰值流量在有些断面迅速增大.     

泥石流点密度和面密度对区域泥石流危险度的影响——对比研究

泥石流分布密度是区域泥石流危险度评价的主要指标。泥石流分布密度分为点密度和面密度,前者是指每103km内泥石流沟的数量;后者是指每103km内泥石流沟的流域面积。以川西山区60个县市区为研究样本,分别以泥石流点密度和面密度作为区域泥石流危险度的主要评价指标,结合7个相同的区域泥石流危险度的次要评价指标,对研究区以县市区为基本单元的区域泥石流危险度进行了定量评价。结果表明,各县市区面积加权平均后的泥石流危险度分别为0.51(面密度)和0.52(点密度),差别甚微,整体上均属于泥石流中度危险区。两者的平均绝对差值0.04,远小于0.2这一危险度等级差值,平均相对差值为6.49%,小于10%这一允许的均方差范围。由此可知,用泥石流面密度来评价区域泥石流危险度,并非优于点密度;相反地,由于泥石流点密度具有获取资料相对容易、计算比较简便、工作量较小等优点,因而具有更为便利的推广应用价值。     

泥石流入汇对河流河床演变的影响

通过对现有文献资料的总结，探讨了泥石流入汇后随主河水流运动的几种可能形态和运动特点，分析了主河河床的演变情况，并提出按主支流水沙相互作用的大小，将主河河床演变分为弯曲、摆动和急流－深潭3种类型；对不同类型河流河床演变进行了分析，为进行泥石流入汇对主河水流运动与河床演变影响的研究奠定了基础。     

沟谷泥石流运动过程模型试验

泥石流运动过程是泥石流运动力学核心内容之一.以新疆天山公路K630泥石流为原型,选取几何相似比1:650,推导了泥石流质量、固液两相流速和泥石流冲击力相似比,以流通区为核心,建造了沟谷泥石流试验模型.试验结果表明,泥石流运动具有显著的阵流特性,阵流间隔时间为10s左右,其间嵌套2~3次弱阵现象;阵流期间,泥石流流速和冲击力均较大;从流通区的源头至沟口,流速呈现非线性增大趋势,且泥石流体中固液两相流速变化趋势相似,弯道处泥石流超高现象显著;泥石流运动初期由于泥石流体中固相和液相混和搅拌不均匀而呈现稀性泥石流特征,随后粘性特性增强.这些现象与现场观测结果基本一致.     

美姑河牛牛坝水电站库区泥石流基本特征

金沙江支流美姑河牛牛坝水电站库区泥石流沟分布面积广、发生频率高。调查结果表明库区现有不同类型泥石流沟31条,其中属于高度危险的泥石流沟4条,中度危险的泥石流沟15条。本文对流域面积较大、活动性较强的12条泥石流的容重、设计流速、流量、冲出量等重要工程参数进行了计算,并对水库蓄水后的泥石流沟状况与发展趋势作了进一步分析,研究表明在水库施工期泥石流灾害对工程建设有较严重的影响,特别是靠近库首的泥石流对工程的安全构成威胁。水库蓄水后,库区泥石流活动程度有所降低,不会明显影响水电站正常运行。     

基于SVM⁃RF的泥石流窗口坝闭塞度判别研究∗

为了研究野外泥石流防治工程中窗口坝的开口闭塞类别,基于量纲分析理论,以室内水槽试验模拟实际工程,分析模型试验与实际工程的相关物理量及对应的相似准数;引入支持向量机和随机森林分类模型,在开源机器学习工具Scikit-Learn中,采用python编程实现算法;以室内水槽试验数据作为支持向量机和随机森林的训练样本,进行机器学习得到分类模型,提出一种用于判别泥石流窗口坝闭塞类型的新方法;将测试结果与经验公式中闭塞度判别值F的分类结果进行正确率对比,结果表明,F值的分类准确率为88%,而支持向量机为92%,随机森林为94%,随机森林分类效果最好,机器学习理论为泥石流窗口坝在实践中的设计提供了新思路。