二维定常泥流的数值模拟

本文以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔａｋｅｓ方程为基本方程，将泥石流的一种特殊形式－泥流作为Ｂｉｎｇｈａｍ流体，用有限体积法对三种不同底部条件的泥流流场进行了数值模拟，给出了速率分布，并指出了泥流与清水流动的不同之处。     

粘性泥石流扇状地发展过程实验研究

通过不同泥石流容重、不同堆积区坡度条件、不同水槽坡度条件的泥石流连续堆积实验共3组106次实验,定量地探讨了粘性泥石流扇状地发展过程的阶段性及其特征。以泥石流扇状地纵、横方向的平均堆积坡度为依据,将粘性泥石流扇状地的发展过程划分为三个发展阶段。第一阶段以扇状地在纵、横方向快速发展为特征。第二阶段扇状地纵向不再发展,以横向发展为主。第三阶段以扇状地纵向发展为主,横向发展缓慢。     

粘性泥石流体触变应力本构关系的试验研究

为了能直接测定含有粗颗粒砾石的粘性泥石流体原样的流变特性，专门研制了大型泥石流流变仪，利用该仪器测试的结果，分析研究了粘性泥石流体启动的应力本构方程和触变特性的关系。粘性泥石流体在低速率区启动初始阶段，颗粒间的作用以接触挤压和滑动摩擦为主，其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述。粘性泥石流体在剪切“上行”与“下行”曲线环绕的延迟区域的存在，说明该流体具有触变能量，并通过触变能量的计算以及与泥石流运动要素的对比，探讨了粘性泥石流体触变应力本构关系。     

西安市户县教场沟泥石流发育特征及危险性分析

我国山区泥石流灾害频发,其中秦巴山区就是我国泥石流灾害的多发区之一。前后两次对秦岭北麓户县涝峪镇教场沟进行了详细的野外考察。在考察过程中,对沟道内泥石流物源的总储量及空间分布,沟道的横、纵断面参数进行了详细的调查和测量;在此数据基础上,以小流域降雨-径流计算模型对不同降雨条件下,泥石流峰值流量及单次泥石流过程总量进行了计算分析。计算结果表明,该流域在遭遇50 a及以上年数一遇的强降雨时,将形成规模可观的泥石流灾害;结合沟口的实际地形资料,通过经验模型对不同降雨条件下的泥石流堆积范围进行了分析及预测,旨在为秦巴山区泥石流防灾减灾工作提供科学参考。     

基于Fluent强震区王家沟泥石流运动特征研究

为研究泥石流的运动特征,该文首次引入计算流体动力学软件Fluent,模拟研究泥石流在流通区和堆积区的运动状态及流体的液面范围。现场调查清水乡王家沟泥石流的基本特征,分析该泥石流的致灾因素。通过无人机拍摄获取流域DEM图,利用ArcGis、Mapgis、Auto CAD、Ansys等软件建立计算模型,将现场调查得到的泥石流降雨量、重度等相关参数导入Fluent软件中,进行泥石流的数值模拟。模拟结果显示,王家沟泥石流最大流速12.30 m/s,主要发生在流通区下游沟道拐弯处。泥石流沟道越窄,地形越陡,流速越大;泥石流流到堆积区时开始减速,并沿沟道左岸漫流堆积。该泥石流的威胁对象主要为流体左侧沟口居民区及S306省道枢纽。     

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。     

四川色达县切都柯沟“7.8”泥石流灾害特征及危险性分析

2004年7月8日四川色达县歌乐沱乡切都柯沟发生了中等规模泥石流,最大流速10.4m/s,洪峰流量156m3/s,冲出方量约7×104m3,造成了一定的财产损失。泥石流稠度大,冲击力强,具有明显的直进性特征,为粘性泥石流。切都柯沟泥石流发育阶段为壮年(偏幼)期。切都柯沟为中度危险的泥石流沟,该沟一次泥石流最大堆积危险范围39902m2,最大堆积长度284m,最大堆积厚度4.32m。提出了相应的防治措施:一是在滑坡崩塌处进行加固,采取沟岸护坡等措施;二是在沟谷上游修建谷坊、拦挡坝,以降低流速,削减泥石流能量和规模。     

四川色达县切都柯沟"7.8"泥石流灾害特性及危险性分析

2004年7月8日四川色达县歌乐沱乡切都柯沟发生了中等规模泥石流,最大流速10.4 m/s,洪峰流量156 m3/s,冲出方量约7×104 m3,造成了一定的财产损失. 泥石流稠度大,冲击力强,具有明显的直进性特征,为粘性泥石流. 切都柯沟泥石流发育阶段为壮年(偏幼)期. 切都柯沟为中度危险的泥石流沟,该沟一次泥石流最大堆积危险范围39 902 m2,最大堆积长度284 m,最大堆积厚度4.32 m. 提出了相应的防治措施一是在滑坡崩塌处进行加固,采取沟岸护坡等措施;二是在沟谷上游修建谷坊、拦挡坝,以降低流速,削减泥石流能量和规模.     

中低山台风暴雨型泥石流形成机制和动力特征——以江西德安杜家沟泥石流为例

受台风"麦德姆"登陆影响,江西省德安县博阳河流域曾于2014年7月24日爆发群发性泥石流,该次泥石流物源类型多样、地质条件复杂,对沟口杜家沟及下游居民的生命财产安全产生了巨大威胁。通过野外调查及室内试验,分析本次泥石流的发育条件和形成机理,利用极限平衡法计算了泥石流的稳定性,提出了治理的方法和对策。研究表明:该次泥石流是在强降雨诱发下,以中上游沟道松散物为启动点、沿程崩滑、侵蚀、揭底、堵塞、溃决,是一场由台风暴雨形成的突发灾害。影响泥石流形成的主要因素是强降雨、丰富的松散物源和陡峻的地貌;泥石流形成过程可分为强降雨、崩滑侵蚀、堰塞溃决三个阶段。参与杜家泥石流启动汇集的物质来源主要为崩滑物源和沟道物源,其中,沟道崩滑量占总量的85%,沟道物源补给以沟道松散物为主,占总量的15%。杜家沟泥石流的成灾模式类型多样,表现为撞击冲毁、堵塞沟道、威胁下游。该泥石流具有低频、灾害链效应。     

泥石流沟分形分维规律研究

以兰州市区南北两山96条沟道为例,选取泥石流形成的3个基本条件中的5个基本指标:汇水面积、主沟比降、主沟长、面积方量因子值、年最大洪峰流量均值,利用分形理论探讨了这些指标的基本规律,比较了泥石流沟道和普通沟道在分形分维规律上的异同。结果表明,泥石流沟道5个指标的分形分维值均较普通沟道小,且在泥石流沟道的5个指标中,汇水面积的分形分维值最小,说明其对泥石流的发育和形成影响最显著。     

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。     

根据阵流估计泥石流堆积参数

泥石流堆积是泥石流产生灾害的主要方式，也是进行泥石流灾害评估的主要依据。根据泥石流堆积的形态特征提出了堆积的元过程叠加，将堆积与间歇性的阵流运动联系起来；利用近20年来蒋家沟泥石流阵流序列的观测数据，估计了堆积的相关因子，如速度、流深、流量、堆积厚度等。这些因子表现出一定的频率分布特征，它可能改变过去确定论的泥石流观念，同时也为提出新的泥石流评估模式提供了定量的依据。     

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。     

泥石流危险范围的模型实验预测法

泥石流危险范围的模型实验预测旨在确定一次泥石流可能堆积泛滥的最大范围.通过泥石流不同冲出量、堆积区坡度和容重的31次模型实验,获取了泥石流堆积面积.最大堆积长度、宽度和厚度的实验数据.采用量纲分析方法,建立了一次泥石流危险范围的预测模型,并由实验资料确定了模型的修正系数.在云南和甘肃的应用实践表明,预测模型精度高,适用范围广,可在我国泥石流危险范围预测预报中使用.     

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。     

粘性泥石流运动模型的实验研究

粘性泥石流运动模型的研究因受实验条件的限制,还很不完善。国内外学者应用较多的５种模型都有一定的适用性,但也都存在不同的缺陷。本文应用粘性泥石流土样中的细颗粒和粗颗粒进行流变实验,不仅得到了粗颗粒在浆体中的沉降特性和泥石流体的流变特性,还研究了粘性泥石流运动模型及其参数。所提模型能很好地反映泥石流体的流变特性,较现有的５种模型能更好地描述粘性泥石流。     

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。     

甘肃省南部泥石流运动规律的分析与研究——以甘肃舟曲三眼峪沟为例

以相似性原理为基础,选择恰当的比尺,在甘肃省陇南市武都区野外构建泥石流物理模型,重现了舟曲"8·8"特大泥石流灾害发生过程。通过物理实验模拟,测得泥石流运动的平均流速为0.741 7 m/s,冲击力为1.99 N,最大堆积厚度为6.1 cm,堆积面积达3.64 m~2,并勾勒出堆积形态。选取经验公式,将实测值与经验公式计算结果相比较,验证了物理模型的合理性,进一步分析了泥石流的运动规律。根据泥石流形成的要素提取危险度评价因子,结果表明三眼峪为高度危险泥石流沟,这为泥石流灾害防治工程提供可靠的科学依据。     

关于山洪与泥石流灾害及其流域性质判别的讨论

山洪灾害与泥石流灾害分别属于水利、国土不同部门管理,其性质的不同决定减灾的归口管理和具体防治模式的不同。为了实现山洪泥石流灾害防治的科学化,亟需建立其性质判定统一规则。该文对比分析了山洪泥石流运动特征、灾害形式及发展趋势,建立了山洪泥石流灾害性质与沟道性质的判定规则。从灾害形成特征、运动特征、灾体特征和堆积特征分析山洪泥石流的差异,以受灾体所处位置的流体性质、山洪泥石流所造成的人员伤亡和经济损失比重来综合确定山洪泥石流灾害的性质。鉴于山洪和泥石流在不同的地质环境下存在相互转化的可能,特别引入了时间概念讨论在过去和将来山洪与泥石流沟的判别问题。以石棉县洪坝河和宁南县矮子沟为例进一步说明山洪灾害和泥石流灾害,山洪沟和泥石流沟的判别。     

粘性泥石流体应力本构关系的试验研究

为了能直接测定含有粗颗粒砾石的粘性泥石流体原样的流变特性，专门研制了大型泥石流流变仪，利用该仪器测试的结果分析研究了粘性泥石流体的应力本构关系。分析研究表明：粘性泥石流体在低速率区启动初始段，颗粒间的作用以接触挤压和滑动摩擦为主，其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述；在剪切速率区流动剪切段的应力本构关系，包含滑动摩擦作用的零次项和反映惯性碰撞的平方项，具有屈服应力和剪切膨胀的流变特征。