洪水中人体稳定性条件的理论分析及试验研究

由暴雨引起的山洪灾害、城市洪涝灾害在我国频繁发生,造成严重人员伤亡。因此研究洪水作用下的人体稳定性条件,能为洪泛区规划、城市防洪标准制定提供科学参考。以往提出的人体稳定性条件,通常忽略人体所受浮力作用并假定来流沿水深均匀分布,因此有必要进一步开展洪水中人体稳定性条件的理论分析及试验研究。该文首先分析了洪水中人体的受力特点,根据人体结构特点计算不同水深下人体所受的浮力,同时结合河流动力学中泥沙起动的理论,推导出洪水中人体发生滑移及跌倒失稳时的起动流速公式;然后采用一小比尺的人体模型开展一系列的水槽试验,得到不同失稳及水深条件下人体的起动流速,用于率定公式中的相关参数,同时采用模型比尺关系及率定后的计算公式分别估算人体原型在不同水深下的失稳条件;最后采用已有真实人体的水槽试验结果重新率定人体滑移及跌倒失稳时的参数,结合人体模型的试验成果,给出了儿童及成人在不同来流条件下的失稳区间。基于真实人体试验的率定结果因考虑了人体在洪水中能逐渐调整站姿适应来流的过程,故结果偏于危险,而本文模型试验的率定结果偏于安全。     

不同水力条件下圆柱桥墩局部冲刷试验研究∗

桥墩冲刷是导致桥梁水毁的主要原因,研究不同水力条件下局部冲刷对桥梁的影响具有重要意义。通过开展不同流速和水深下圆柱桥墩模型冲刷试验,研究了圆柱桥墩周围泥沙的局部冲刷发展规律,特别是流速和水深对桥墩局部冲刷的影响。试验研究表明:随着时间的发展,最大冲刷深度与冲刷坑范围在前期急剧发展,随后发展逐渐缓慢,直到冲刷处于近似平衡阶段。最大冲刷深度最开始出现在墩前侧方,随后始终出现在墩正前方附近,最小冲刷深度出现在墩的正后方附近,墩后的冲刷深度不足墩前深度的50%。流速和水深是影响桥墩的局部冲刷的关键因素,最大冲刷深度和冲刷坑的范围随着流速和水深增大而增大,相比于水深,冲刷深度和冲刷坑范围受流速的影响较大。     

北江大堤洪水风险图信息管理系统中仿真模型的开发研究

“北江大堤洪水风险信息管理系统”中洪水仿真模型的研究, 是根据北江大堤可能出现的溃堤风险,模拟了北江大堤溃决后保护区内洪水的演进过程,模型的计算结果提供的淹没水深、淹没范围、淹没历时以及流速等洪水风险信息, 为北江大堤洪水风险图的绘制提供了依据     

基于“3S”技术的村镇住宅洪灾脆弱性曲线研究

脆弱性曲线常用来表示各类承灾体的洪灾损失率与洪水特征之间的关系,是洪灾风险评价方法中的关键部分。为了构建村镇住宅洪灾脆弱性曲线,以2010年永吉县口前镇洪灾为案例,根据抽样理论运用GPS技术开展了村镇住宅洪灾损失的实地调查;运用RS技术和GIS技术提取出洪水淹没水深用以补充未调查房屋的淹没水深数据;采用回归分析方法建立了各类平房住宅水深-损失率之间的关系,用以表征脆弱性曲线。结果表明:居民住宅的洪灾损失率与水深高度相关,且在同一淹没水深下,平房住宅的使用时间越长损失率越大。脆弱性曲线的建立为计算洪灾潜在损失和区域防灾减灾提供了依据。     

泥石流最大爬高计算的试验研究

泥石流在运动过程中如遇到障碍物会产生爬高是泥石流运动的显著特征,泥石流最大爬高计算是泥石流防护工程设计的重要参数之一。为了探究泥石流最大爬高的计算公式,分析了原有理论公式的不足,使用泥石流表面流速对最大爬高计算公式进行了新的理论推导,并通过室内模拟试验对新推导的公式进行了验证,同时结合试验结果和野外观测资料对新公式的适用性进行了讨论。试验证实,通过能量法采用泥石流表面流速推导得到的泥石流爬高计算公式较为合理,计算结果与室内试验实际测量结果较吻合,对泥石流防治工程设计参数的选取具有重要意义,可用于指导泥石流工程的防治。     

斜孔虹吸排水管内泥沙起动流速方程的推导及应用

边坡虹吸排水是一种新型的坡体排水措施,具有建设费用低、施工速度快等优点,能有效降低坡体的地下水位。对于滑体厚度较大的边坡,可以采用斜孔虹吸方法排出深部地下水。为保证虹吸过程的长期稳定,虹吸管一般采用4 mm内径。鉴于边坡虹吸排水具有间歇性特征,保障管内泥沙尤其是较大粒径的泥沙颗粒能随水流顺利排出是虹吸排水系统工作的基础。论文针对斜孔虹吸排水管中粒径为0.5～1 mm的较大颗粒泥沙的起动进行了研究,分析了泥沙颗粒在虹吸斜管水流中的受力状态并建立了起动模型。应用起动概率理论,对泥沙颗粒的粒径分布进行了分析,推导获得了倾斜虹吸管中大颗粒泥沙的起动流速方程,与经典解析公式及物理模型试验结果进行对比验证了其准确性。并进一步对得到的起动流速方程在实际虹吸排水工程中的应用做了分析与展望。     

游泳技能训练对洪水灾害避难逃生效果的影响建模分析

针对当前方法得到结果与理论结果吻合度低的问题,提出基于Agent的游泳技能训练对洪水灾害避难逃生效果的影响建模分析方法。利用水的密度、人的身高体重以及综合参数计算洪水灾害中人体跌倒失稳情况,根据水深、流速的比值分析发生洪水灾害时人体的危险程度,利用折减系数计算洪水灾害中会游泳人的逃生速度,并根据接收洪水灾害的预警时间计算路权函数,得到洪水灾害避难逃生路段中人员的逃生速度,分析洪水灾害避难逃生的位置变化,获取游泳的移动距离,利用洪水灾害透水事故的影响系数等条件计算逃生通道安全系数,得到游泳技能好坏的影响系数,通过对该系数的计算,实现了游泳技能训练对洪水灾害避难逃生效果的影响建模。结合实验,在对游泳技能不同的人员测试洪水灾害避难逃生存活率时,游泳终极者和游泳冠军的存活率较高,并测试得到结果与理论结果的吻合度情况,实验结果证明,提出方法得到的结果与理论结果的吻合度较高,比当前方法的结果与理论结果的吻合度高30%,更贴近实际结果。     

基于洪水演进数值模拟的溃坝危害性快速评估

采用部分溃坝模型与堰流相交算法计算溃坝最大流量,并基于四次抛物线概化方法得到溃坝洪水的流量过程线;利用洪峰展平法将洪水波概化为三角形,对洪水演进过程进行模拟,分析溃口宽度和溃口形态对洪水演进过程的影响;研究考虑不同溃坝条件下对溃坝洪水的到时、最大流量、水深和洪水历时等洪水演进的主要参数的快速估算方法,以实现对地震可能引发不同溃坝事件危害性的快速评估。     

应用GIS方法反演洪水最大淹没水深的空间分布研究

探讨了应用地理信息系统（GIS）方法反演洪水最大淹没水深的基本原理和计算方法。对水库型淹没区和滩地型淹没区分别进行了分析和讨论。以1960年辽东洪水作为实例，在1：1万比例尺地形数据的支持下，结合历史洪水洪痕水位调查资料，计算了该次洪水最大淹没水深的空产布状况，计算结果可以为洪灾损失评估和洪灾风险评价提供数据基础。     

利用汽车行驶风测试结构气动力系数的车振影响分析∗

参照结构风洞试验和现场实测的方法,结合车辆行驶能产生风的特点,提出一种理想道路条件下利用汽车行驶风测试结构气动力系数的跑车试验方法,该方法可成为风洞试验的有益补充。然而,汽车在行驶中由于路面不平整、发动机抖动及机械传动等因素作用下不可避免地产生振动,搭载于车上的结构模型由于该车辆振动的影响将受到惯性力的作用,该惯性力也会被测力天平采集,造成结果失真。采用理论推导和现场试验的方法,构建了跑车试验的基本理论,设计和组装了跑车试验的物理试验平台,运用该方法对参考文献三棱柱模型的升、阻力系数进行测试,同时对汽车行驶振动的影响进行研究。结果表明：在理想道路条件下,跑车试验理论公式正确,构建的跑车试验装置合理,等腰三棱柱模型的升、阻力系数跑车试验测试结果与风洞试验结果吻合很好,汽车行驶振动对利用汽车行驶风测试三棱柱模型升、阻力系数的影响很小,可忽略不计。跑车试验为结构抗风研究提供了一种新的试验方法。     

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。     

V型排导槽横纵比降对泥石流流速的差异影响研究

V型排导槽是一种有利于泥石流固体物质排泄的速流结构形式,可解决泥石流在槽内发生淤积堵塞的难题,因而被广泛应用。但是,因V型排导槽流速计算中水力坡度采用相同权重横纵坡矢量合成的综合比降,导致排导槽流速计算结果不准确而仍发生泥石流淤积的现象,不能充分发挥V型排导槽的速流优势。为了揭示V型排导槽横纵比降对泥石流流速的差异影响,设计完成了25组室内模型实验,分析了不同横纵比降组合条件下泥石流流速的差异及原因,查明横纵比降均与泥石流流速呈正相关关系,其中横比降对泥石流流速的影响低于纵比降;根据实验数据建立了泥石流流速关系式,得到横比降和纵比降在V型排导槽泥石流流速中的权重分别为0.75和1.30,验证了横比降在V型排导槽综合比降中的权重影响低于纵比降,为V型排导槽过流能力计算的优化研究提供思路和参考。     

局部冲刷下砂土中桩‑盘复合基础H‑T联合承载特性∗

海上风机基础工作时既承受复杂组合荷载作用,也受波流冲刷影响。单桩?摩擦盘复合基础同时结合了单桩与重力式基础的特点,摩擦盘还可起防冲板作用。为探讨砂土地基中 H?T 联合作用时局部冲刷对这种复合基础承载特性的影响,首先基于室内水槽试验装置,完成了一系列模型载荷试验;获得了冲刷前后桩?盘复合基础的荷载位移曲线,经无量纲化处理与曲线拟合,获得 H?T 联合受荷桩?盘复合基础的承载包络线及其简化计算公式。然后,采用有限元细化分析了主要冲刷参数（冲刷深度、冲刷宽度、冲刷角度）及加载点高度对复合基础承载特性的影响,结果表明：冲刷坑的存在使复合基础的横向及扭转抗力明显降低,削弱程度分别可达 25% 及 45%;进一步分析表明,桩身弯矩值随加载点高度的增加而显著增大,随预加扭矩的增加呈下降趋势;局部冲刷会明显削弱复合基础的承载力,同时 H?T 联合作用时相应的承载力包络线向内发生不同程度的收缩;其中,冲刷深度的影响最大,对横向抗力与扭转抗力的削弱程度分别可达约 35% 及 60%,冲刷角度次之,冲刷宽度的影响最小;此外,不同加载路径下桩?盘复合基础承载力包络线呈现一定程度的差异。     

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。     

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     

Risk factors for driving into flooded roads

Motor vehicle-related deaths account for more than half of all flood fatalities in the United States, but to date, very little is known about the risk factors associated with why people drive into flooded roads. Using data from survey questionnaires administered in Denver, CO, and Austin, TX, this paper suggests that people who do not take warnings seriously are more likely to drive through flooded roads, as are people aged 18–35, and those that do not know that motor vehicles are involved in more than half of all flood fatalities. In Denver, people who have not experienced a flood previously and those who do not know they live in flood-prone areas are also more likely to drive into flooded roads.     

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。     

土石坝渗透破坏过程的一种分析方法

提出了一种描述土石坝渗透破坏溃决全过程的数值模型及数值计算方法,并利用甘肃小海子水库渗透破坏溃坝事件的调查资料对其合理性进行了验证;运用该模型,比较分析了初始渗透通道高程对土石坝渗透破坏溃坝过程的影响。结果发现,初始渗透通道高程对溃口发展过程、溃口洪水流量过程和最大下泄水量具有重要影响,初始渗透通道高程越低,因通道上部坝体发生坍塌而导致的管道流转变成堰流的时间越迟,溃口底部经受的冲蚀也更强烈,最终溃口宽度也更大;初始渗透通道高程越低,溃口峰值流量越小,溃口流量过程曲线更为扁胖,下泄水量也最大。