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.     

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。     

碎屑流冲击挡墙的土拱效应研究

为揭示干碎屑流冲击挡墙过程中碎屑颗粒在底板、底板与挡墙之间的土拱效应,探讨了土拱效应的形成机理、冲击力拱的形成特征以及对冲击力分布变化的影响,为碎屑流的工程防护提供理论支持。利用PFC模拟方法和模型试验的数据资料,进行了不同底板坡度下干碎屑流冲击挡墙的数值模拟分析。发现碎屑流运动中摩擦作用和碰撞机制导致的底板的颗粒之间、垂直底板方向上不同高度颗粒之间的速度差异是土拱效应的形成机理;碎屑流颗粒之间以及颗粒与底板间的摩擦作用引起的冲击力迹线的偏转较小,形成小冲击力拱;颗粒的冲击力迹线在碎屑流受挡墙的阻止时产生较大的偏转叠加,在底板与挡墙间形成大冲击拱。研究结果表明:碎屑流的运动机理产生土拱效应,土拱效应的特征不仅影响了碎屑流冲击力的分布变化,还导致了冲击力随挡墙高度的非线性分布。     

泥石流浆体屈服应力综合表达式的研究

根据野外泥石流浆体观测试验分析,通过对不同料径沙颗粒的甘油沙浆流变试验,以及动摩擦临界浓度和极限浓度的实验研究,导出了反映泥石流浆体结构强度的屈服应力综合表达式,以便为泥石流高浓度,高速机理探讨和泥石流防治工作的设计提供科学依据的参数。     

黏性泥石流对山区油气管道的冲击动力响应研究北大核心CSCD

近年来,随着人类活动引起的地质灾害和极端天气现象频发,因泥石流引发的管道失效事故及次生灾害不断发生。为掌握黏性泥石流冲击山区油气管道的动力响应规律,建立了基于有限单元法与光滑粒子流体动力学(FEM‐SPH)的山区泥石流与管道的多物理场耦合模型。通过把黏性泥石流浆体简化为非牛顿流体——宾汉流体,研究X70钢管在泥石流作用下冲击响应过程,得到了管道不同位置的位移及应力时程特征,结果表明:①将泥石流浆体简化为宾汉流体,并离散为SPH颗粒不仅可真实展示泥石流的行进过程,也能清晰地反映泥石流对管道的动力响应规律。②通过建立多物理场耦合模型来模拟黏性泥石流冲击过程,发现泥浆附带的块石将会受到浆体阻力影响,运动加速度将受到限制。③泥石流对管道产生的破坏力主要来自泥石流“龙头”产生的瞬时冲击力和块石造成的局部撞击力;在泥浆作用下,所产生的应力主要分布于管道迎冲面中心截面处和管道背冲面与山体交界处,石块作用力主要集中在撞击部位,对管道背撞面影响较小;泥石流对管道产生的冲击位移整体呈现“马鞍状”的对称分布。研究所采用的非牛顿流体模型为泥石流对建(构)筑物的冲击模拟提供了新途径,相关研究结论可为泥石流段管道的灾害防控提供理论参考。     

动床条件下泥石流运动参数变化特征实验研究∗

泥石流运动参数变化特征与泥石流流量、沟床纵坡和沟床物源物质组成等紧密相关,准确确定泥石流运动参数变化特征对于进行流域风险评估和防治工程规划设计具有重要意义。通过室内水槽实验探索了不同来流流量、 沟床纵坡和物源细粒含量条件下,沟槽观测点处泥石流流深、流速和容重的变化情况。结果表明：来流流量和沟床纵坡越大,物源细粒含量越小时,泥石流冲刷能力越强;相同实验条件下,流体流深与来流流量间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流深受来流流量的影响大于细粒含量;流体流速与来流流量和沟床纵坡间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流速受沟床纵坡的影响最大,受细粒含量的影响最小;流体容重与来流流量和细粒含量间呈负相关关系,与沟床纵坡间呈正相关关系,且容重受沟床纵坡和细粒含量的影响大于来流流量。 通过水槽实验数据对泥石流流量进行拟合,采用流量拟合式对锅圈岩沟 2013 年“7·26”泥石流峰值流量进行计算, 与野外实测值对比精度高于 80%。     

破碎带对地下坑道动力响应影响的数值分析

为了研究破碎带的耗能作用及其对坑道结构动力响应的影响,根据某工程实例,建立了地冲击波作用下类岩体中坑道结构响应的计算模型,利用LS-DYNA3D有限元软件,分别计算了无破碎带和存在破碎带情况下坑道结构的动力响应。计算结果的对比分析表明,顶部破碎带使结构的加速度和位移等运动参数有不同程度的降低,但对结构所受到的应力影响不大;与之相反,侧部破碎带的存在使结构的加速度和位移等运动参数明显地增大。与顶部存在破碎带情况相比,侧部存在破碎带情况下坑道结构运动参数的峰值更大,对坑道结构安全更为不利。     

震后斜坡崩滑土体分块差异稳定性计算方法∗

九寨沟“8·8”地震后发育大量的土质斜坡崩滑灾害,这一类型的崩滑斜坡坡体较为破碎,厚度较小。传统的传递系数法计算模型应用于这类崩滑斜坡稳定性计算时,存在将边坡整体计算及不能反映局部崩滑稳定性的问题。将崩滑斜坡破碎程度分为:极度破碎、高度破碎、中度破碎、轻度破碎以及不破碎,基于传递系数法,考虑了坡体的 5种破碎程度,对滑坡稳定性系数以及推力大小计算模型进行改进。并以九寨沟县热西寨老电站对面崩滑为例,对比了两种计算方法的结果。结果表明:分块差异稳定性计算模型比传统计算方法得出来的数值更符合实际情况,即分块法计算每个滑块稳定性存在差异,有的在极端工况下处于欠稳定,有的处于不稳定状态。基于分块法差异计算结果,得出了崩滑斜坡的分块防治模式。     

粘性泥石流一维运动数学模型

粘性泥石流是指自然界中最典型的一种泥石流。作者依据野外原型观测和室内实验，证实该类流体具有带流核的层流特征并可用宾汉（Ｂｉｎｇｈａｍ）模型来表达。在此基础上推导其阻力和平均流速计算方法。我们认为，粘性泥石流作为不可压缩连续介质流体，符合质量、动量守恒律，因此可采用纳维－斯托克斯方程组来表达。考虑到它为拟线性双曲型偏微分方程组和阻力参数等特点，应用Ｌａｘ－Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓ差分格式，选用云南东川蒋家沟的原型观测资料作为边、初值条件，编制计算机程序及数据库，而获得粘性泥石流水深、流速等要素的时空变化规律。该模型可以直接用于泥石流工程防治和量化的预测和警报     

金沙江杀威台子滑坡成因动力学特性研究

规模巨大的金沙江杀威台子滑坡形成于约4万年前,现存体积约2.69×108 m~3,其堆积体物质结构表现出典型强动力触发的溃散型滑坡特性。进一步的离散元数值反演分析成果表明:山体内广泛发育的结构面是控制斜坡稳定的关键;a_(max)=0.4g为斜坡岩体保持整体稳定的极限动力荷载,形成高速远程运移碎屑流溃散型破坏的临界动力荷载为a_(max)=1.3g;滑坡的成因机理是底部剪切滑移锁固段岩体在强震作用下无法抵抗上部岩体的推挤而触发溃屈破坏;滑体前端受底部摩擦逐渐减速,中后部物质在强大的地震惯性力驱动下,仍以较大速度猛烈撞击前部低速滑体并抛射形成溃散型碎屑流,这是滑坡前部物质极具冲击力并远程运移越过河床甚至急剧爬坡冲覆于岸坡之上达200m的关键动力学原因。     

基于滑移线网络法的黄土隧道坍塌拱分析及其承载评价∗

针对隧道稳定分析计算方法复杂、计算量大等问题,基于滑移线场提出一种简洁方便的图解法具有重要的理论意义和工程意义。首先发展完善了无支护黄土隧道全断面围岩滑移线网络图分析方法,然后,通过MATLAB实现了滑移线网络法的可视化分析程序,结合试验性黄土隧道塌落监测成果验证了无支护黄土隧道全断面围岩滑移线网络图分析方法的分析程序,最后,评价分析了黄土抗剪强度内摩擦角和黏聚力对黄土隧洞围岩坍塌范围及土拱极限承载力的影响。结果表明:黄土土拱极限承载力随黏聚力的增大而增大且敏感程度升高,黄土土拱极限承载力随摩擦角的增大而减小且敏感程度降低,坍塌范围随摩擦角的增大而减小。     

大型湿冷机组排汽通道流场数值模拟与优化

改进汽轮机通流部分增加通流能力是提高火电机组热经济性的主要方式之一,而排汽通道是汽轮机通流部分的最后一段,因此,可以通过改善汽轮机排汽通道的流场来提高热经济性。运用ANSYS Fluent软件对600 MW水冷机组的汽轮机排汽通道流场进行数值模拟,发现在原设计下,由于小汽机排汽的冲击及贴近壁面处蒸汽流速高的原因,排汽通道出口速度的均匀性较差。针对这种现象,本文通过设计导流结构,对排汽通道流场进行了优化,结果表明:经过流场优化后,机组排汽通道在喉部出口的蒸汽流速的均匀性得到了显著提升,从而有利于提高凝汽器换热性能、降低排汽背压,实现深度节能。     

泥石流大块石冲击力的简化计算

泥石流对构筑物的冲击破坏,常常是由泥石流中的大块石冲击所致,因此大块石冲击力的计算在泥石流防治工程设计中就显得非常重要.但目前有关泥石流冲击力的计算方法都比较粗糙,计算结果偏大,计算过程繁琐,不便快速用于工程实践.为此,以弹塑性理论为基础,结合试验引入合理假设,提出了常见几类泥石流防治结构的冲击力计算方法,并给出了相应的计算公式.结果表明,泥石流防护结构的刚度对大块石的冲击力有重要影响,简支结构的吸能效果高于防撞墩.     

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3DDDA方法滚石平台防护作用研究∗

采用三维非连续变形分析(3D DDA)方法输出滚石动能和运动轨迹,其结果与现有室内实验和数值模拟方法进行比较,验证了 3D DDA 方法的准确性。通过分析滚石平台对不同坡高、不同坡角、不同折点位置的岩质边坡滚石动能、运动轨迹的影响,研究了滚石平台对滚石运动的影响规律。最后,以西藏高原朗村复杂坡形岩质边坡为工程背景,分析了坡底平台对滚石灾害的防护作用。结果表明:滚石平台可降低滚石动能,改变滚石运动轨迹,减小滚石对坡底防护结构或交通线路等结构物的冲击作用。同时,给出不同边坡特征下滚石运动及相应的平台设计宽度总体规律,为滚石平台设计提供依据。     

DEVELOPING TREND ANALYSIS AND FORECAST OF DEBRIS FLOW ACTIVITIES IN THE THREE-GORGE RESERVOIR AREA

TheThree GorgeReservoirisatypicalrivervalley typereservoir,whoseplanefigureislikeafunnelandthetrunkstreamis 6 90km long.TheareaontheeastofFengjieistheworldfamousThree Gorgearea,whichismainlycomposedofmountainousregions.Thepopulationdensityisnotveryhighexceptinsomecities/towns,andthepeoplelivedispersivelyinthemountainareas.Thelandformsbelongtotheerosion,corrosionanddenudationtypesofthewestHubeiProvince.OnthewestofFengjieisahillylandlyingintheeastofSichuanBasin.Thetopographyand geologicenvi…     

泥石流区桥墩损毁机制与控制研究

为了保证安全,泥石流多发区的道路常采用桥梁的方式通过。位于泥石流区的桥梁的桥墩在泥石流暴发时受到泥石流的冲击,常会造成不同程度的损毁。泥石流冲击力是泥石流区桥墩受到的主要荷载,目前在计算泥石流冲击力时一般将其视为均质体,但是泥石流为固液两相流体,因此得到的计算结果误差较大。为了提高精确度,本文对泥石流冲击力计算公式进行了修正,先分别运用动力学中的弹性碰撞理论和牛顿第二定律对泥石流固相和液相的冲击力进行计算,然后将其进行叠加,得到总的泥石流冲击力。泥石流区桥墩破坏的模式主要有冲击破坏、倾覆破坏和滑动破坏3种形式。为了减小泥石流对桥墩的破坏能,可在桥墩受到泥石流冲击的部位设置消能层,通过算例发现,设置消能层后冲击力减小了26.94%。     

区域水灾恢复力及水灾风险管理研究——以湖南省洞庭湖区为例

近年来灾害恢复力研究在领域的拓展和定义的延伸等方面取得了较大的进步。灾害恢复力作为系统的一个有价值的属性，与风险、脆弱性和适应性一起成为当前灾害综合管理和减灾研究的重要内容。但目前灾害恢复力研究仍停留在理论和概念层面，鲜有深入的实际操作性强的工作开展。为进一步理解水灾恢复力的内涵和实质，为区域恢复力建设提供切实可行的方案，作者在原有对灾害恢复力研究进展进行综述的基础上，开展了以湖南省洞庭湖区为例的洪水高风险区水灾恢复力理论和实践的研究，提出了由自然维、经济维、组织维、社会维组成的四维区域水灾恢复力概念模型，然后细致分析了区域水灾恢复力利益主体的相互关系，提供了初步的区域水灾恢复力评估模型。最后在定性分析的基础上，对洞庭湖区区域水灾风险管理进行了探讨，提出了相应的管理对策和建议，旨在为政府的防灾减灾决策提供科学依据。