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。     

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。     

桩林坝拦截泥石流闭塞表现及其影响因素∗

开口闭塞表现及其临界值判别是桩林泥石流拦砂坝设计中的关键因素,然而目前国内外对桩林坝的相关研究还较少.通过开展桩林坝拦截泥石流试验,分析了泥石流重度、坝体排数、排间距、横向开口宽度等因素对桩林坝闭塞表现的影响.研究表明:桩林坝闭塞存在全闭塞、半闭塞、不闭塞三种类型.泥石流重度与桩林坝闭塞度呈正相关关系.当桩林排数从一排增加至两排时闭塞度有较大提高.排间距、开口宽度与桩林坝闭塞度成负相关关系.基于试验数据及多元回归分析提出了桩林坝闭塞度的经验计算公式.同时提出了桩林坝拦截泥石流临界综合闭塞判据F,当F≤8.1时,桩林坝表现为全闭塞类型;8.1＜F＜27.5时,桩林坝表现为半闭塞类型;F≥27.5时,桩林坝表现为不闭塞类型.     

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。     

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。     

基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型

泥石流是我国常见的一种地质灾害,泥石流的平均流速是泥石流灾害防治的重要参数之一,准确的预测泥石流平均流速对灾害预防具有重要意义。本文建立基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型,通过与蒋家沟泥石流平均流速的支持向量机、BP神经网络模型预测结果对比,验证该模型预测精度;同时采用平均相对误差和均方差2个指标评价各个模型的整体性能和稳定情况。结果表明,与实测值相比,相关向量机预测最大相对误差仅为2.02%,平均相对误差为0.64%,均方差为0.06,远低于BP神经网络模型和支持向量机模型的预测结果。由此可知,本文提出的基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型效果明显优于其他2种模型,且预测结果更为准确,模型整体性能和稳定情况较好,为泥石流平均流速获取提供一条新途径。     

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。     

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。     

基于支持向量机的水资源安全评价

支持向量机以统计学习理论为基础,采用结构风险最小化准则,将学习问题转化为一个凸二次规划问题,能够得到全局最优解,适合解决小样本、非线性分类及回归问题。根据水资源安全的内涵,筛选出具有代表性的指标,组成水资源安全评价指标体系。建立了基于支持向量机的水资源安全评价模型,将安全标准划分为良好、安全、临界、不安全、危险5个等级。根据水资源安全评价标准及所属评价等级值,随机生成样本集,180个样本作为训练样本,构造了5个两类支持向量分类器,20个样本作为检验样本,检验样本分类全部正确。将模型应用于山西省11个城市的水资源安全评价,结果表明,该方法是有效、可行的。     

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。     

泥石流堆积模式的试验研究

泥石流的堆积形态和范围是泥石流危险区划分的重要参数,它们不仅与泥石流体浓度（Ｇｖｔ）、下游流路坡度（Ｑｕ）有关,还与流通过 坡度（Ｑｃ和冲出量有关。本文通过小型水槽试验,求得了泥石流堆积范围与形态比的堆积模式,并根据野外测量的堆积形态进行了泥石流体浓度的计算和验证,该模式可为泥石流防治工程的设计提供有科学依据的参数。     

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。     

震后泥石流治理工程有效性评价及存在问题分析

汶川8.0级地震及芦山7.0级地震后,针对严重的泥石流灾害,在强震区实施了大量防治工程.通过对地震重灾区92条泥石流沟治理工程实地调查分析,初步建立了基于事前(P)、事中(N)、事后(F)阶段的泥石流防治工程效果评价体系,并利用该评价体系对研究区的泥石流防治工程进行了有效性评价,治理工程效果"良好-优"的占到总数的59...     

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     

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.     

泥石流早期识别与监测预警研究进展探讨

近年来,受极端地震和极端天气的影响,泥石流灾害日益加剧,山区城镇泥石流风险问题逐渐引起大众的关注。泥石流的早期识别和监测预警作为防灾减灾的有效途径之一,已在山区城镇及重大工程建设区发挥重要的减灾作用。分析总结泥石流早期识别与监测预警技术方法和理论的目的在于掌握其发展现状与问题,进一步为山区城镇泥石流灾害防灾减灾提供有效应急对策。同时指出改进当前存在问题可为后期发展提供参考依据。本文通过文献综述法在阅读大量文献基础上,从技术与设备、预警理论与模型和监测预警体系3个方面对泥石流早期识别和监测预警研究进行回顾与评述,并针对其不足提出了加强深度学习在泥石流早期识别中运用,注重构建地面因素与天上因素耦合的泥石流预警模型,完善泥石流灾害应急系统的初步看法。