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。     

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。     

基于能量耗散过程的拦砂坝泄流孔堵塞判别研究∗

泄流孔堵塞对坝体结构稳定和长期安全运行有着极大的影响。现拦砂坝泄流孔的设计大多基于经验,缺乏定量分析方法。基于泥石流在泄流孔中的能量耗散过程,提出了基于获取必要参数情况下的泄流孔堵塞判识方法,分析了泄流孔设计参数和泥石流性质对堵塞的影响。进一步通过对比验证了判别方法的合理性,可将误差控制在 15% 以内。最后应用该法对四川省绵竹市文家沟的拦砂坝泄流孔进行了分析,结果表明该坝泄流孔较易发生充满全孔的泥石流停淤堵塞,与实地勘察结果一致。根据理论分析,为保证泥石流的顺畅排导,建议在该坝前布设能量调控设施,调控进入泄流孔的泥石流流速使其控制在合理范围内。     

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。     

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。     

震后泥石流防治工程减灾效益评价研究

汶川地震后物源增多、泥石流规模增大,而震后泥石流防治工程设计尚缺乏理论指导,导致众多泥石流防治工程在建成后短期内就被淤满或冲毁,防治效果不理想。为探讨震后泥石流工程防治效果和工程改良,以北川县青林沟泥石流防治工程为例,采用数值模拟软件Massflow对不同降雨条件和不同防治工程条件下泥石流进行模拟,结合危险度模型,开展泥石流防治工程减灾效益评价。研究表明:1#坝(主要工程)拦截作用弱,减灾效益不明显,2#坝在防灾减灾中起主导作用;2013年青林沟内按20年一遇设计标准建成的防治工程仅能拦截一次10年一遇泥石流;对比8种工程改良和组合条件的减灾效益,最优模式为加高2#坝1m并沿用现有导流堤的"拦排"治理模式;震后进行泥石流防治工程设计时要适当考虑增大堵塞系数,提升设计年限标准,结合不同工程的作用,合理布置工程。     

高土石坝地震响应特性振动台模型试验与数值模拟

通过大型振动台模型试验,研究了不同幅值、不同频率和不同持时的地震动作用下高土石坝的地震响应特性,分析了高土石坝的地震破坏模式和破坏机理,并采用有限差分程序结合模型试验进行了动力数值模拟。研究结果表明:加速度响应沿坝高存在明显的顶部放大效应;坝坡加速度响应相对于同高程坝体内部呈现表层放大效应;当输入地震波的卓越频率与坝体自振频率接近时,坝体加速度响应更为强烈;坝体地震永久变形需要一定的时间累积,地震动持时对永久变形有较大影响。在振动台模型试验中,坝体破坏首先从坝顶部开始,破坏模式主要表现为坝顶部堆石松动、滚落、坍塌,甚至局部浅层滑动,其主要原因是加速度响应在坝顶部和坝坡表层存在放大效应,以及坝顶堆石围压低、抗剪强度低三个因素的叠加作用,因此,坝顶部是高土石坝抗震设计的关键部位,研究结果可为高土石坝的抗震设计提供参考。     

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.     

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。     

加筋土石坝小型振动台模型试验分析

土石坝振动台模型试验是认识坝体地震破坏过程和检验抗震措施效果的重要手段之一。针对2种坝体材料,利用小型振动台,开展了一系列不同加载工况、不同加筋方式的土石坝小型振动台模型试验。试验结果表明:①2种坝体材料的初始破坏都首先从坝顶开始,表明坝顶是抗震的关键部位,与已有研究成果基本一致;②相同加载条件下,级配较差的碎石料模型坝的抗震性能优于砂砾石料,表明相对于级配,堆石料自身的性质对土石坝抗震性能的影响更大;③由细铁丝网和纱布组成并在坝坡采取包裹处理的复合加筋的抗震措施,抗震效果优于平铺纱布、平铺纱布且在坝坡包裹处理、平铺细铁丝网等的抗震措施。研究成果可供进一步开展土石坝大型振动台模型试验的材料选择、抗震措施设计等参考。     

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。     

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。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

高拱坝强震开裂及气幕隔震效果研究

为了研究不同地震强度下气幕的隔震及防裂效果,在气幕隔震控制的气-液-固三相耦合数值模型中考虑了坝体混凝土的开裂行为,以某300m级高拱坝为研究对象,在坝基底部输入3种不同强度的地震波,采用有限元法分别模拟坝体含气幕及无气幕工况下的动力响应。结果表明,气幕可以显著降低拱坝上游坝面的动水压力及加速度响应,并使坝体开裂范围减小;随着地震强度的增大,气幕对动水压力和坝体加速度的削减作用均有所增加;气幕厚度为1m时,上游坝面动水压力极值削减幅度超过70%,上游坝面坝顶拱冠梁处加速度极值削减幅度超过50%。     

《防灾减灾工程学报》征稿简则

<正>《防灾减灾工程学报》是以防灾减灾工程为论述主题的学术期刊,主要报道国内外在地震、地质岩土、飓风、火灾和爆炸等灾害对工程结构和基础设施系统的极端作用、损伤和破坏效应以及防灾减灾工程对策等方面的前沿学术研究论文和应用性科研成果。尤其欢迎以下稿件:(1)为重大决策性问题提     

土石坝动力分析人工边界处理方法

我国很多在建或拟建土石坝工程位于地震高烈度区,土石坝的动力反应特性和抗震性能成为工程界关注的焦点。在坝体-地基系统动力分析中,可以通过在截断边界上施加人工边界,解决外行散射地震波无法透过固定边界、在坝体内反复反射、显著增大坝体结构反应的问题。介绍了目前结构动力分析中广泛采用的几种人工边界条件(主要包括透射边界、粘性边界和粘弹性边界),评述了各自的优缺点,着重分析了粘弹性人工边界应用于覆盖层上土石坝动力分析所面临的问题和解决对策。结果表明,粘弹性边界条件能够吸收外行散射地震波能量、模拟人工边界外无限地基介质的弹性恢复性能,可以应用于深厚覆盖层上土石坝动力分析边界处理研究。     

不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验研究

为研究坝体颗粒级配对堰塞坝溃决特征的影响,引入平均粒径D50作为主要指标,以不同均值粒径的土体作为研究对象,通过开展不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验,分析堰塞坝体在3种不同工况下的破坏模式和溃决特征。结果表明,1工况3条件下坝体溃决历时是工况1的2.5倍,而溃决洪峰流量减小了约60%,说明坝体平均粒径对坝体的溃决特征有显著影响,平均粒径越大,坝体整体抗冲刷能力越强,溃口发展速度越慢,坝体越稳定,溃决洪峰流量就越小,达到洪峰流量的时间也相对滞后;2平均粒径和渗透系数可拟合成二次函数曲线,随着平均粒径的增大,渗透系数也随着增大;以孔隙水压力的变化特征为依据,把溃决过程分为3个阶段,即上游库水位增加阶段、水流漫顶下渗阶段、坝体溃决阶段。     

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。