泥石流入汇主河的格子Boltzmann模拟

研究泥石流入汇主河的运动机理,对于预测和防治泥石流入汇主河所造成的灾害非常重要。格子Boltzmann方法是一种将Euler法和Lagrange法结合在一起的新方法。利用格子Boltzmann方法,将支沟中泥石流视为一种宾汉体,主河中清水视为一种外力,建立格子Boltzmann模型,对入汇角为90°的情况进行了模拟。通过与相应的室内实验进行了对比,可以看出,格子Boltzmann方法成功地模拟了泥石流入汇主河,说明格子Boltzmann方法在泥石流预测和防治上有相当大的应用前景,为研究泥石流入汇主河的运动机理提供了一种新手段。     

格子Boltzmann方法及其在泥石流堆积研究中的应用

以格子Boltzmann方法为平台,结合泥石流流团模型的特点,建立了特殊的格子Boltzmann模型。该模型从平衡态分布函数和非平衡态分布函数两个层次精细刻画了泥石流运动的非线性特征及其复杂的流变关系,成功模拟了泥石流的堆积过程,研究了地面形态与泥石流堆积形态之间的关系。     

粘性泥流沟道内堆积特性的直槽概化模型试验分析

粘性泥流作为粘性泥石流这一山区最常见也是危害最大的泥石流类型的基质,其堆积特性在较大程度上可以反映粘性泥石流的运动规律。设计建造室内直槽概化模型试验台,反复开展了不同条件组合下的粘性泥流直槽堆积试验。试验结果进一步证实:粘性泥流在任意沟道坡度下均能发生堆积,堆积厚度沿程不等。基于不等厚度假定,应用一维静力理论分析方法导出了两种简单条件下粘性泥流的堆积形态曲线方程。经与模型试验及野外实测曲线对比,二者符合情况较好,所得方程可供预测粘性泥石流在天然沟道中的堆积范围提供参考。     

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。     

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。     

滑坡转化为泥石流机理研究综述

对国内外有关滑坡转化为泥石流的机理的研究做了全面的综述,重点介绍了国外最新的研究成果,阐明了今后研究的方向.滑坡转化为泥石流机理的研究,处于滑坡动力学与泥石流形成学的交叉点,既是学科的边缘问题,也是学科的前沿问题.滑坡转化为泥石流的过程是一个和土体液化密切相关的流态化过程,是土体和水体强烈相互作用的结果.滑坡直接转化为泥石流的机理的两个核心问题是超静孔压的产生和超静孔压的保持.Iverson对这一问题的研究直接促进了滑坡流态化理论的发展,并形成了最新的泥石流运动模型--库伦混合流理论,是对传统的基于流变关系的泥石流模型的重大突破.土体中粘性颗粒对滑坡直接转化为泥石流过程的影响,需要进一步进行研究.滑坡转化为沟谷泥石流是一个更为复杂的过程,是今后研究的重点.     

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.     

四川省石棉县“7·4”特大泥石流堆积物粒度分布及结构分维

运用图算粒度参数法和分形理论对石棉县"2013·7·4"特大泥石流堆积物的粒度参数(平均粒径、分选系数、偏度、峰态)和结构维数进行研究分析。研究表明:通过粒度参数法分析,后沟、熊家沟和马颈子沟特大泥石流堆积物分选性分别为差、很差、很差,沉积均已以粗组分为主;通过分形理论分析,后沟、熊家沟和马颈子沟特大泥石流均属于粘性泥石流,且粒度分布不均匀。粒度参数分析和结构维数计算相结合可以很好地了解"2013·7·4"特大泥石流堆积物的分选性、粒度分布情况、泥石流的类型等,为研究区泥石流的形成、运动、堆积特征和数值模拟研究提供参考依据和数据。     

阵性泥石流运动与堆积的欧拉─拉格朗日模型──Ⅰ.理论

自然界中的泥石流具有突发性和非恒定性的特点。为了模拟典型泥石流现象,在流团模型的 基础上,进一步完善了基于欧拉─拉格朗日（Ｅ—Ｌ）观点的ＰＩＣ（Ｐａｒｃｅｌ　Ｉｎ　Ｃｅｌｌ）算法,细化了流元结 构,建立了能够模拟典型阵性泥石流发生、运动和堆积的准结构两相流模型。求解该模型不仅可以 模拟泥石流运动过程,而且可以对泥石流的堆积过程、停积形态、冲刷特征及泥石流中多组分颗粒 的分选特征进行定量描述。     

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。     

汶川地震灾区坡面和沟谷泥石流冲出距离计算方法

坡面型和沟谷型泥石流是2种不同的泥石流,不能用单一模型来计算它们的冲出距离。经分类研究,发现它们冲出距离的主影响因子有很大不同:对于沟谷型泥石流,主要是沟道内的松散物质储量;而对于坡面型泥石流,主要是坡面松散体的高度以及体积。2种泥石流的冲出角分布也存在很大差别:研究区沟谷型泥石流的冲出角在29.6°～82.9°之间,表现出"高量级、高冲出角"的特征;坡面型泥石流的冲出角在25°～47°之间,且大部分的冲出角在30°左右,表现出"低量级、低冲出角"的特征。在此分析的基础上,用回归分析方法建立了汶川地震灾区2种不同类型泥石流冲出距离的计算方法。最后,将经验计算方法用陈家坝文家坪坡面泥石流和红椿沟泥石流进行验证,与实际值较为吻合。     

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。     

山区城镇泥石流减灾决策支持系统

山区城镇泥石流减灾决策支持系统是山区城镇泥石流减灾的重要手段之一。该系统由基础数据库、泥石流模型分析和泥石流减灾决策应用三大模块构成 ,其主要功能有降水、泥石流地声和运动监测及信息实时发送和接收、泥石流预报、泥石流危险范围预测与灾情预估、泥石流警报和临灾预案制定。其工作流程为 :降水监测仪将降水信息无线发送到控制中心主机 ,主机对降水信息处理后发送给泥石流预报模型进行泥石流预报 ,并利用泥石流危险性分区模型进行危险范围预测 ,同时进行灾情预估 ;泥石流地声监测仪将地声信号发送给主机 ,主机检测到泥石流地声后发出泥石流警报 ;泥石流运动监测仪将运动信息发送给主机 ,主机根据泥石流运动要素进行危险范围划定和灾情预估 ,最后制定临灾预案。     

西藏古乡沟泥石流模型试验研究

通过模型试验，研究不同类型（粘性、稀性、水石流）和不同规模（Ｐ＝２％、４％）的泥石流在古乡沟堆积扇上的运动和冲淤规律，同时进行防治工程模型试验研究，结合野外调查和资料对比，选择合理的防治工程方案，为工程设计提供可靠的依据和数据。本文结论对川藏公路与古乡沟类似灾害的整治有一定的参考价值     

泥石流冲击荷载的时频分析方法及应用

泥石流的能量转化主要集中于运动过程中,泥石流冲击压力随时间变化的过程是其能量不断变化的综合表现.本文分析了泥石流能量转化过程及冲击荷载的紊流形态,并根据其脉动特性,将泥石流冲击荷载作为信号进行研究.以大型泥石流模型试验为基础,利用小波时频分析方法将试验测取的泥石流冲击荷载映射为时间与频率的联合信号,得到同一时间9个频段...     

泥石流阵性流和触变唯象模型的探讨

泥石流体的触变性可以较好地展示泥石流的阵性流和冲淤变化机理，泥石流触变滞后环（下降段）具有促进泥石流阵性流产生的作用。本文首次用实验方法探讨了泥石流浆体的触变唯象模型η＝η∞／ｔｃγ＋η∞。该触变模型展示了定态粘度（η）、剪切速率（γ）和滞后环模型参数关系，并与试验结果相吻合。它为泥石流防治提供了确切参数。     

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%。