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。     

带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能分析

大块石冲击是造成泥石流拦挡坝破坏的主要因素之一,为了提高拦挡坝的抗冲击能力,提出一种带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝。利用ANSYS/LS-DYNA,对泥石流大块石冲击新型坝和重力式拦挡坝进行了数值模拟,分别得出了新型坝和重力坝的冲击动力响应并进行对比分析。此外,考虑不同的防撞墩尺寸、布置间距以及不同的后部坝体厚度,对新型坝进行参数分析。结果表明:新型坝提高了自身抗冲击性能的同时还提高了材料强度利用率,其明显优于普通坝。防撞墩的截面高度、布置间距以及后部坝体的厚度对新型坝的抗冲击性能和整体刚度影响很大,因此在新型坝设计中必须综合考虑以上因素。     

泥石流堵塞坝溃决模式实验

为了研究泥石流堵塞坝溃决的模式,采用模型实验对堵塞坝溃决的过程进行模拟,实验历时2个月,共13组.实验中,通过改变主沟的水力参数和坝体参数研究泥石流堵塞坝溃决的全过程,并作了相关记录.通过对理论和实验数据的分析,泥石流堵塞坝的溃决形式有3种:冲刷溃决、有表面流的泥石流堆积体水力再启动、没有表面流的泥石流堆积体重力再启动.讨论了冲刷溃决中颗粒启动和有面流泥石流水力再启动的临界条件,并分析了启动流速u0和颗粒粒径D之间的关系;分析了泥石流重力再启动时堵塞坝坡面破坏的一般形式和特征;通过实验数据对不同溃决形式的溃决条件进行了验证,结果比较吻合.     

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。     

翼墙型拦挡坝在泥石流防治中的应用研究——以塘房沟泥石流治理为例

"5·12"大地震后,灾区泥石流灾害发生频率明显升高。为消减灾害影响、减少损失,现已对灾区大部分易发性泥石流沟进行了治理。在泥石流的防治工程中,拦挡坝是一种应用比较广泛的措施。相比于传统的直线型重力拦挡坝,本文结合塘房沟泥石流形成的地质条件,提出并应用翼墙型拦挡坝在泥石流的防治工程中。本文利用有限元软件ANSYS对翼墙型拦挡坝在泥石流整体冲击力作用下进行了数值模拟计算,分析了拦挡坝的变形和受力特征。最后结合拦挡坝的数值模拟计算结果,为保证拦挡坝的长期有效性,对其进行了结构设计优化,研究成果可为相似泥石流防治工程提供借鉴。     

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。     

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。     

“8·20”板子沟泥石流特征及防治措施∗

2019 年 8 月 20 日汶川县板子沟暴发了泥石流,“8·20”板子沟泥石流造成沟内村庄、厂房、水电站和格栅坝受损,泥石流冲毁沟口桥梁,造成都汶高速公路 S9 断道。基于现场勘查和室内试验资料,分析了“8·20”板子沟泥石流特征,泥石流平均流速达 5.6 m/s,洪峰流量 535.98 m³ /s,一次泥石流过程总量约 69.63×10⁴ m³ ,向岷江输砂约 25.97×10⁴ m³ ,表现为堵溃型沟谷泥石流。提出了基于 Tamotsu Takahashi 模型的泥石流降雨阈值预测方法,该方法可用于确定泥石流的临界雨强和暴发时间,“8·20”板子沟泥石流的临界雨强为 5.7 mm,小于历年临界雨强。基于水文计算结果,提出了针对板子沟的防治措施：按 10 年、20 年一遇的标准进行设计时,可采取设置防护堤的方式;按 50 年、100 年一遇的标准进行设计时,可采取设置防护堤+拦砂坝的方式。     

西昌市喜德县泥石流的成因、危害及其治理措施

喜德县地处四川省西昌盆地的中西部,地质灾害频繁。该县地质构造复杂、新构造运动强烈、地震活动频繁,岩层破碎;地形陡峻,山高谷深,地势高差大;季风气候,降水充沛集中,多暴雨等,这是泥石流形成的内因。而作为外因,人类不合理的经济开发活动,破坏了生态平衡,则促进了泥石流的发生和发展。在分析其成因的基础上,对该县泥石流的危害及治理措施作了较为全面的阐述。     

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。     

泥石流危险性评价研究进展

综述了国内外泥石流危险性评价方法的研究现状,分别介绍了国内单沟泥石流和区域泥石流的危险度研究方法,针对单沟泥石流和区域泥石流的不同特征,提出了其改进和完善的建议,并对泥石流危险性评价方法的发展方向和趋势进行了讨论。     

都(江堰)汶(川)公路泥石流危险性评价及活动趋势

泥石流危险性评价是合理制定泥石流防治方案和进行泥石流防治工程设计的必要前提。板子沟、桃关沟、登基沟和彻底关沟是岷江两岸的大型泥石流沟,严重威胁着沟口公路桥梁的安全。危险性评价结果表明,登基沟、桃关沟和板子沟均为具有高度危险的泥石流沟,危险度分别为0.74、0.69和0.68,高度危险的泥石流沟可造成重大灾难和严重危害。彻底关沟泥石流危险度为0.50,属中度危险。板子沟、桃关沟和彻底关沟均为低频率泥石流或高含沙洪水,平均20～50年发生一次;登基沟泥石流(包括高含沙洪水)发生频率稍高,平均5～10年发生一次。研究表明,如果板子沟和桃关沟内人工采石的强度能得到有效控制,没有明显迹象表明上述4条沟的泥石流活动会有增强的趋势。     

不同容重的泥石流淤积厚度计算方法研究

泥石流的淤积厚度是泥石流灾害评估和防治的最重要的参数之一,但迄今还没有较好的方法计算不同容重的泥石流淤积厚度。本文通过研究泥石流屈服应力的特点,提出了用地区参数和泥石流体积浓度来计算泥石流屈服应力,进而计算泥石流淤积厚度的方法。采用本文方法计算已发生泥石流地区不同容重泥石流的淤积厚度,可以很好地应用于泥石流灾害评估和防治。     

高家沟泥石流和深溪沟泥石流灾害特征

汶川地震之后,泥石流成为灾区最为严重的灾害类型之一,直接影响到灾后重建和灾区人民的生命财产安全.对汶川地震灾区7月初群发性泥石流进行野外考察,重点分析了高家沟和深溪沟两条泥石流的成因和特征.高家沟为由滑坡崩塌体引起的土力类粘性泥石流,容重约为2.07g/cm3,总量超过30万m3,分三次间歇性汇入主河,并堵断1/2河道,迫使岷江持续冲刷对岸路基,损毁213国道长达400m；深溪沟为山洪冲刷河道引起的水力类稀性泥石流,容重约在1.44～1.58 g/cm3之间,流量约在160～180 m3/s之间.对不同的泥石流沟应采用不同的防灾减灾措施,可有效降低泥石流灾害对人民生命财产的威胁.     

四川泸定县"2005.6.30"群发性泥石流灾害调查与评价

分析了四川泸定县“2005．6．30”群发性泥石流的形成原因和触发条件，论述了泥石流特征，包括固体物质补给特征、群发性特征、动力学特征、堆积特征、危害特征、活动特征及发展趋势，对泥石流危险度、易损度、风险度以及灾害损失作了定量评价，并提出了相应的防治建议。     

西攀高速公路泥石流防治与对策

在野外调查与资料分析的基础上,总结了西攀高速公路沿线泥石流的分布特征,并通过分析典型泥石流防治工程的缺陷,提出在当前山区高速公路泥石流防治工程中,西攀高速公路泥石流防治中所暴露的问题具有代表性。针对高速公路与成昆铁路的空间位置关系,在成昆铁路沿安宁河已占有较好线位的条件下,根据成昆铁路防治泥石流的成功经验,提出了西攀高速公路泥石流防治工程的主要策略。     

泥石流防撞墩冲击力理论计算方法

在西部泥石流多发区,交通线路经常需要穿越泥石流沟,设置在泥石流沟床中的桥墩容易遭受泥石流大块石的冲击,为此,常常在其前端设置泥石流防撞墩,以达到保护桥墩的目的。防撞墩设计的关键参数是泥石流大块石的冲击力。目前,有关泥石流冲击力的计算方法都比较粗糙,计算结果与实际情况不符。本文以Thornton理想弹塑性接触模型为基础,并考虑防撞墩的弯矩变形特性,根据能量守恒定律,推导了泥石流大块石冲击力的计算公式。结果表明,考虑结构弹塑性特性后,泥石流大块石冲击力大大降低,远小于按弹性冲击理论所确定的冲击力,计算结果更符合实际情况。     

溪洛渡坝区下游癞子沟泥石流发育特征及堵江可能性分析

在野外详细调查、测绘的基础上,研究了癞子沟泥石流的特性,分析了泥石流堵江的可能性。研究结果表明,癞子沟是一条老泥石流沟,泥石流的性质为过渡—粘性,容重为1.8～2.2 t/m3,规模属大—特大型。通过计算和分析,癞子沟泥石流在区域性降雨条件下,不会堵断金沙江,但是在局地暴雨条件下,可能堵断金沙江。如果在200年一遇泥石流堵断的情况下,堵河的高度达20.11 m;500年一遇时,堵河的高度达30.39 m。堵江后不但会淹没大坝尾水出水口,而且导致沟口右岸的癞子沟碴场失稳,形成灾害链。