液化流滑变形模型及初步实验

简要分析了地震液化流滑的灾害问题,初步研究了液化不同阶段引起流滑的机制,建立了流滑变形模型,进行了三轴实验和振动台系列实验研究,着重研究了引起液化流滑的微观机制,以及如何通过孔压变化来判定和识别流滑事件.研究发现,影响液化流滑的因素主要有土壤的种类、颗粒级配和土壤赋存条件、均匀程度以及边界条件等,研究结果有助于进一步加深对液化大变形的认识.     

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.     

公路交通应急救援路线最小运力的最优恢复

重大自然灾害往往使公路交通网络受到严重破坏。为迅速抢通应急救援路线,借鉴网络堵塞流中最小饱和流的基本理论和方法,提出了最小运力最优恢复模型。运用现代智能算法,寻找路网瘫痪后的网络堵塞点,研究在最小费用情况下受灾区公路交通网络最小运力的恢复问题。并以四川泥石流灾害为背景,测试了应急救援网络模型及其优化算法的可操作性。研究成果可应用于应急救援时运输路线的选择和救援物资的配流。     

基于时空相似与熵权修订相结合的雷电定量预警模型研究

为提高雷电预警的指示性,利用时空相似和熵权修订相结合的方法,采用天气系统分型选择历史相似个例,进行雷电的定点定量(级)预警研究。利用相似个例的雷电分布建立时、空预警模型;选取地面气温和热岛强度为因子对东台风雷电预警模型进行强度和落点的熵权修订。以东台风为例进行验证,结果表明：该方法有明确的预警等级边界,原预警常为一个等级,无等级差异;现预警等级与雷电风险等级成正比,提高了雷电等级预警的指示意义;过滤了零星雷电和弱雷电,避免了弱风险下的雷电预警,指导性强。采用时空相似和熵权修订相结合的方法可以实现雷电的定量(级)预警,且有明显效果。     

蒋家沟阵性泥石流输沙规律研究

阵性运动是粘性泥石流运动的主要形式,以蒋家沟5a中20次具有完整观测资料的典型阵性泥石流作为基础数据,对阵性泥石流输沙量、输沙级配变化进行了初步分析。分析发现阵性泥石流输沙量变化具有两种模式,输沙量峰值一般出现在阵次序列前期或序列中期。不同阵次泥石流颗粒级配曲线具有相似的特征。随着阵流的发展,泥石流细颗粒含量增加,粗颗粒含量不断减少,中值粒径、峰度系数、和质量密度总体均呈减小趋势;出现连续流时,粘粒含量不断增加,质量密度迅速减小,0.01 mm可以作为划分阵性泥石流颗粒的临界分维粒径,大于和小于该粒径的颗粒组成均具有较好的分形特征,其对于泥石流流态具有重要的意义。     

动床条件下泥石流运动参数变化特征实验研究∗

泥石流运动参数变化特征与泥石流流量、沟床纵坡和沟床物源物质组成等紧密相关,准确确定泥石流运动参数变化特征对于进行流域风险评估和防治工程规划设计具有重要意义。通过室内水槽实验探索了不同来流流量、 沟床纵坡和物源细粒含量条件下,沟槽观测点处泥石流流深、流速和容重的变化情况。结果表明：来流流量和沟床纵坡越大,物源细粒含量越小时,泥石流冲刷能力越强;相同实验条件下,流体流深与来流流量间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流深受来流流量的影响大于细粒含量;流体流速与来流流量和沟床纵坡间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流速受沟床纵坡的影响最大,受细粒含量的影响最小;流体容重与来流流量和细粒含量间呈负相关关系,与沟床纵坡间呈正相关关系,且容重受沟床纵坡和细粒含量的影响大于来流流量。 通过水槽实验数据对泥石流流量进行拟合,采用流量拟合式对锅圈岩沟 2013 年“7·26”泥石流峰值流量进行计算, 与野外实测值对比精度高于 80%。     

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。     

泥石流拦砂坝溢流口过流能力实验研究

拦砂坝溢流口过流能力的大小是工程设计中的关键参数之一,也是影响坝体安全的重要设计参数。结合泥石流过流特点,分析推导了拦砂坝溢流口过流能力的参数计算式;在此基础上,通过水槽实验建立了流量系数的经验公式。水槽实验表明,溢流口过流能力随泥石流密度的增大而减小,随沟道坡度的增大而增大,随相对沟道宽度的增大而增大,溢流口位置与沟道中心相对者大,溢流口位置与沟道中心偏离者小。与现有计算方法相比,所提通过理论推导和水槽实验建立起的拦砂坝溢流口过流能力参数计算式,计算结果更为精确可靠,可用于泥石流拦砂坝溢流口设计时的过流能力验算。     

基于SVM⁃RF的泥石流窗口坝闭塞度判别研究∗

为了研究野外泥石流防治工程中窗口坝的开口闭塞类别,基于量纲分析理论,以室内水槽试验模拟实际工程,分析模型试验与实际工程的相关物理量及对应的相似准数;引入支持向量机和随机森林分类模型,在开源机器学习工具Scikit-Learn中,采用python编程实现算法;以室内水槽试验数据作为支持向量机和随机森林的训练样本,进行机器学习得到分类模型,提出一种用于判别泥石流窗口坝闭塞类型的新方法;将测试结果与经验公式中闭塞度判别值F的分类结果进行正确率对比,结果表明,F值的分类准确率为88%,而支持向量机为92%,随机森林为94%,随机森林分类效果最好,机器学习理论为泥石流窗口坝在实践中的设计提供了新思路。     

基于SPH法的岩崩碎屑流与挡板相互作用模拟

调查了颗粒之间的相互作用及岩崩碎屑流与一个障碍之间相互作用。采用光滑粒子流体动力学法(SPH)模拟了实验中观察到的颗粒流动规律,采用的本构模型是牛顿流体模型。研究表明,岩崩碎屑流的运动和堆积受到水槽倾角和挡板的影响,水槽挡板周围沿深度剖面的速度图是不均匀的,随深度变化的。数值结果与干颗粒材料的水槽流砂试验进行比较,获得了一些重要的模型参数,可用于优化高山地区防御结构尺寸的设计。     

泥石流浆体屈服应力综合表达式的研究

根据野外泥石流浆体观测试验分析,通过对不同料径沙颗粒的甘油沙浆流变试验,以及动摩擦临界浓度和极限浓度的实验研究,导出了反映泥石流浆体结构强度的屈服应力综合表达式,以便为泥石流高浓度,高速机理探讨和泥石流防治工作的设计提供科学依据的参数。     

洪水泥石流等自然灾害对旅游景区的破坏作用研究

通过泥石流灾害模拟模型与灾害损失率计算方法了解旅游景区的损失状况,研究自然灾害对旅游景区的破坏作用。旅游景区洪灾模拟模型由分流模型与汇流模型构成,根据泥石流多相流成分中固液两相分离原则构建泥石流分流模型;引用DEM数据得到泥石流流域栅格的汇流方向,根据经验模型计算汇流用时,采用八方向方法获取河道信息,基于这些数据构建泥石流模拟的汇流模型,采用ArcGis软件实时呈现该模型的泥石流灾害模拟效果;结合ArcGis软件显示的灾情数据,采用洪灾损失率计算方法获取旅游景区自然灾害损失率。实验结果表明,该模型计算旅游景区建筑损失率误差均小于5%,在有效模拟泥石流灾害的同时,可准确描述自然灾害对旅游景区的破坏作用。     

泥石流的运动机理和减阻

野外调查研究发现,存在着两种具有不同动力学特征和机理的泥石流,粘滞性泥石流和两相泥石流,粘滞性泥石流由卵石、沙和粘土构成,难以区分固相和液相,为典型的非牛顿体,具有间歇性流动,“铺床现象”,高达60％的减阻和显著超高等流动特点,粘滞性泥石流的阻力远小于流变参数所代表的阻力,传统的利用本构方程研究阻力的方法不能解决问题,研究表明,其30％的减阻是由于铺床作用,另外20％－30％,是由于流动混合物充气所致,两相泥石流主要由粗颗粒物质构成,两相之间有明显的相对流动,显示较大的阻力和发生“石街”现象。粘滞性泥石流沟谷的中值坡度为0．16,两相泥石流阻力大,因而河谷的平均坡度较大（0．19－0．27）。     

泥石流堵河影响因素研究——以岷江上游为例

以岷江上游为研究区,选取堵河型泥石流沟4条、堵塞型和不堵河型泥石流沟各2条,在详细分析和比较8条典型泥石流的流域特征、一次有代表性的泥石流过程的泥石流流体特征及沟口处主河特征的基础上,结合专家问卷调查,得出了与泥石流堵河关系较为密切的因素,它们是:泥石流规模、堆积区主河宽度、泥石流沟床比降、泥石流流量、入汇处主河流量、泥石流颗粒级配、入汇处主河比降、泥石流粘度、重度、泥石流沟与主河夹角、泥石流暴发频率等。     

一维粘性泥石流运动的格子Boltzmann模拟

利用格子Boltzmann方法,对一维粘性泥石流的运动进行了定量化研究和数值模拟,为进一步研究泥石流的运动机制奠定了基础。在模拟一维粘性泥石流运动时,采用了含外力项的格子Boltzmann模型,通过对外力因子、平衡态分布函数的构造,使得宏观统计特性刻画了泥石流运动的非线性特征,成功模拟了泥石流的运动过程,获得了泥石流水深、流速两大要素的时空变化规律,为研究泥石流运动过程提供了一种新手段。     

铁路泥石流防治安全性及综合减灾决策的研究

本文介绍铁泥石流防治方案的安全性评估及综合减灾决策技术。文中首先提出了以风险性分析为指导的铁路泥石流防治方案规划原则;然后介绍了综合减灾方案安全性的概念,以及用事故树和计算机仿真技术计算安全度的方法,最后对综合减灾决策模式进行了探讨。     

泥石流预报分类及其研究现状和发展方向

泥石流预报是泥石流减灾的重要手段之一,这方面的研究越来越多,研究内容和形式也越来越广泛、多样.但在众多的研究中,使用的都是内涵宽泛的泥石流预报概念而未进行细化和分类.为了促进泥石流预报研究的发展,通过综合分析和研究,归纳并提出了比较系统的泥石流预报分类方法和体系,确定了不同类型泥石流预报的具体内涵,并对不同类型泥石流预报现状进行了综合分析,同时提出了今后的发展方向.     

泥石流研究中的粒度分析方法及其应用

粒度分析是泥石流研究的一个重要手段,是它的基础实验之一。本文介绍了在泥石流研究中一些较常用的及有应用前景的粒度分析方法,它们包括:频率累积曲线、直方图、概率累积曲线、粒度参数统计、粒度参数散点图等;对粒度分析在泥石流的分类、物理参数的计算、水力学条件的分析等方面的作用也做了一些初步的探讨。