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。     

汶川县泥石流沟在汶川“5.12”地震后的活动趋势

2008年5月12日,四川省汶川县发生了8级强烈地震。震后,灾区内多处暴发了泥石流。以地震灾区汶川县泥石流为研究对象,综合考察了6条处在不同地震烈度和具有不同泥石流形成特点的泥石流沟,分析了泥石流的活动趋势,并探讨了泥石流活动受地震影响的时间规律,为地震灾区的泥石流减灾和防治工作提供参考。     

泥石流生态防治措施治理效果评价体系初探

目前泥石流灾害的防治主要以岩土防治措施为主、生态防治措施为辅，忽略了生态防治措施在泥石流治理中所起的重要作用。通过分析生态防治措施对泥石流形成条件的影响，包括泥石流水源条件、物源条件，同时考虑工程自身因素的作用，构建治理效果评价体系，其中一级评价指标为泥石流物源因子等3项，二级评价指标包括拦截效果比等10项。结合汶川考察地区，通过野外调查与室内实验结合的方式，对选取的各个评价指标进行定量化计算，以登溪沟、板子沟等为例，评价指标的结果能够较好地反映出现场的实际情况，验证了评价指标选取的合理性，为该地区泥石流的防灾减灾提供参考。     

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。     

“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。     

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。     

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.     

泥石流岩土防治工程治理效果分析与评价——以四川汶川卧龙幸福沟为例

为了研究泥石流岩土防治工程在泥石流的防灾减灾中所起的作用,以2019年"8.20"泥石流为背景,结合现场考察,对四川汶川县卧龙幸福沟泥石流岩土防治工程的治理效果进行分析和评价。根据研究区防治工程的分布,将拦挡工程因子和排导工程因子作为2项一级指标,同时考虑防治工程运行情况,筛选出与治理效果相关的9项二级指标,其中拦挡工程的评价指标包括工程运行情况、容重削减率、堆积物粒径比、流量削减率、回淤坡度比、拦蓄泥沙比,排导工程的评价指标包括工程运行情况、沟床纵坡比、断面参数比,采用层次分析法确定权重进行效果综合评价,认为幸福沟泥石流岩土防治工程的治理效果为中等,与现场的调研结果一致,验证了评价体系的合理性和该方法的可行性。     

四川省汶川县簇头沟“7.10”泥石流灾害成因与特征分析

簇头沟是岷江右岸一条低频泥石流沟,受2013年7月极端暴雨的影响,暴发特大泥石流。结果显示,汶川地震造成流域内的坡面和沟道堆积的大量的松散物质是泥石流形成的物源,流域上游暴雨及其形成的山洪是此次泥石流形成的激发因子。"7.10"泥石流为过渡性泥石流,泥石流容重约为1.8~1.9 t/m3,沟口处最大流速为9.2 m/s,峰值流量为515 m3/s,冲击力达到3 657 t,输沙总量约为50×104m3。泥石流过程表现为为暴雨(山洪)—滑坡(坡面泥石流)—泥石流—堰塞湖—溃决洪水。对震后低频泥石流危险性认识不足、防治工程设计标准偏低是此次灾害造成重大损失的主要原因。在未来灾害防治工程设计中,应合理估计灾害规模和潜在风险。     

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。     

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。     

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     

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。     

基于临界雨量的震后泥石流预测预报研究——以白沙河流域为例

降雨型泥石流是影响汶川地震灾区灾后重建和可持续发展的主要灾害类型,震后几年已经给灾区群众生命财产造成了巨大的损失。以白沙河流域为例,对比研究了汶川地震前后泥石流临界雨量条件,震后临界雨量比震前日雨量降低约36.0%~48.8%,小时雨强降低约20.3~52.2%;采用Logistic回归模型对5种雨量数据组合条件下的泥石流预测进行了研究;建立了与气象部门紧密结合的当日降雨量泥石流预报等级,对于震后泥石流预测预报研究和防灾减灾具有重要意义。     

绵竹清平乡玉麦棚子沟泥石流风险性评价及堵江可能性分析

2008年"5·12"汶川大地震以后,绵竹市清平乡在持续强降雨的作用下,引起了一系列大规模的群发泥石流。尤其是玉麦棚子沟,在震后先后爆发了3次较大规模的泥石流,对沟口处小木岭一级电站的厂房设备等造成了一定程度的损失,对电站的工作人员生命财产安全也构成了严重的威胁。在野外的实地调查及对泥石流基本特征和形成条件综合分析的基础上,进行了风险性评价和堵江的可能性分析。研究表明,玉麦棚子沟泥石流性质为粘性泥石流,整体规模中等,流域的地形、构造及物源等条件均有利于泥石流的的形成,特别是在强降雨的作用下,存在再次发生泥石流的可能性。对玉麦棚子沟进行风险性评价可知,该沟为中等风险度泥石流沟。经过计算和分析,在暴雨频率为10~100 a一遇的情况下,该沟爆发的泥石流会造成堵江事件,甚至完全堵塞主河道。     

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。     

四川省北川县暴雨泥石流的发育与汶川地震的响应特征

2008年9月24日,在汶川8.0级地震主要震区北川县境内爆发了区域性的泥石流灾害,造成了重大的灾情。为探明震区内暴雨泥石流发育与地震的响应特征,以北川县为例,在对该区域内震后暴雨泥石流特征调查的基础上,对境内72条暴雨泥石流沟的发育特征与断裂带相对位置及不同地震烈度区的对应关系进行了分析。结果表明,汶川地震后,北川县境内的暴雨泥石流数量具有典型的"上下盘效应",主要集中分布在断裂带(北川—映秀)的上盘;同时,泥石流的发育密度与地震烈度也表现出显著的"正烈度效应"关系,主要表现为泥石流发育的密度随地震烈度的增加而增大。研究结果对解释地震对泥石流发育及分布的影响具有重要的作用,可为震区泥石流的防灾减灾及风险控制提供科学依据。     

“梯-潭”型泥石流排导槽研究初析

针对物源剧增、狭陡沟道、小流域泥石流沟泥石流防治,提出一种具有强力消能作用的梯-潭型泥石流排导槽;介绍了梯-潭型泥石流排导槽的结构特征;分析了梯-潭型泥石流排导槽的排导原理,指出梯-潭槽在震后泥石流治理工程应用中的防止磨蚀和冲刷的优势,为进一步研究泥石流在排导槽中的运动特征,泥石流与梯-潭段的相互作用机制,关键设计参数的确定与优化打下基础,对于提高泥石流防治技术水平及新型排导槽的推广应用具有重要意义。     

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。