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。     

堰塞坝溃决机理与溃决过程模拟技术研究综述∗

堰塞坝是自然作用的产物,在世界范围内广泛分布,具有坝体形态不规则、结构和材料组成复杂且高度非均匀等特点,在上游来流冲刷、渗流潜蚀等外荷载作用下极易发生溃决,对下游人民生命财产安全造成极大的威胁。 为了对堰塞坝开展风险评估和应急处置,学者们围绕堰塞坝溃决机理与溃决过程模拟技术开展了大量的研究工作。通过梳理国内外的研究进展,基于物理模型试验总结了堰塞坝溃决过程的不同阶段,分析了坝体形态、颗粒组成、上游来流量、涌浪等因素对溃决过程的影响;从参数模型、基于溃决机理的简化和精细化数学模型等 3 个方面综述了堰塞坝溃决过程数值模拟技术的研究进展,并介绍了国际上常用的溃坝模拟商业软件;探讨了目前在试验设计、数据收集和软件开发方面存在的问题,建议了未来研究的方向和重点。总体来说,对于堰塞坝溃决机理与溃决过程的模拟还处于起步阶段,目前的物理模型试验和数值分析技术均存在较多简化或假设,未来应充分考虑堰塞坝材料的宽级配和随机特性,以及坝体结构的分层特征。     

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。     

粘性泥石流运动模型的实验研究

粘性泥石流运动模型的研究因受实验条件的限制,还很不完善。国内外学者应用较多的５种模型都有一定的适用性,但也都存在不同的缺陷。本文应用粘性泥石流土样中的细颗粒和粗颗粒进行流变实验,不仅得到了粗颗粒在浆体中的沉降特性和泥石流体的流变特性,还研究了粘性泥石流运动模型及其参数。所提模型能很好地反映泥石流体的流变特性,较现有的５种模型能更好地描述粘性泥石流。     

泥石流危险范围的模型实验预测法

泥石流危险范围的模型实验预测旨在确定一次泥石流可能堆积泛滥的最大范围.通过泥石流不同冲出量、堆积区坡度和容重的31次模型实验,获取了泥石流堆积面积.最大堆积长度、宽度和厚度的实验数据.采用量纲分析方法,建立了一次泥石流危险范围的预测模型,并由实验资料确定了模型的修正系数.在云南和甘肃的应用实践表明,预测模型精度高,适用范围广,可在我国泥石流危险范围预测预报中使用.     

无铰拱形泥石流拦挡坝研究

在泥石流防治工程中，拦挡坝是应用得比较广泛的一种措施。利用土木建筑中的拱结构形式，结合锚杆技术，引入了无铰拱形拦挡坝的概念。在狭窄河谷中，采用无铰拱形坝既可以改善坝体的工作环境，提高其承载能力，又可以减少材料用量，从而降低造价。针对无铰拱形坝的受力特性，进行了分析，提出了加强坝体、实现无铰的构造措施。     

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。     

格栅坝在泥石流防治中的应用——以汶川地震引发的烂泥沟泥石流治理为例

受汶川地震影响,四川等地泥石流治理更为迫切.泥石流的暴发具有突发性,在防治工程中,相比实体坝而言,格栅坝是一种节省材料、稳定性更高的拦挡结构,使用范围越来越广,但是目前尚无成熟的格栅坝设计方法.本文参考梳齿坝的已有理论确定了支墩间距的计算方法,并结合已有实验资料提出了格栅坝格栅间距的计算公式,改变了以往不同坝体乃至同一...     

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。     

汶川县城泥石流灾害风险评价研究

泥石流灾害是对我国西南山区城镇威胁最为严重的地质灾害之一。强震的作用则会诱发大量的滑坡和崩塌等不良地质体,为泥石流的发生提供了必要的物源条件。为深入认识在强震和强降雨等极端事件下震区泥石流的危害特征及潜在风险,以汶川8.0级地震强震区汶川县城后山南沟为例,基于高分辨率RS影像和GIS技术,通过开展危险性和易损性评价、指标分类及赋值、空间计算及叠加分析,对该城区泥石流风险开展了实例研究,并基于此探讨了强震区城镇泥石流灾害风险评价方法,评价结果可为该城镇乃至西南强震区城镇泥石流灾害的防灾减灾规划提供参考和依据。     

龙羊峡水库地震溃坝的可能性及溃坝洪灾程度的分析

讨论了龙羊峡库区将来发生大地震的可能性;分析了万一产生溃坝的灾害链问题。计算了其溃坝后洪水到达下游贵德县、康扬镇、尖扎县、循化县和兰州市的洪水最大流量、洪水起涨时间和消退时间。     

基于弹塑性理论的溃坝尾矿砂下泄冲击力研究∗

为确定溃坝尾矿砂下泄冲击力,以弹塑性力学为基础,从微粒弹性碰撞入手,建立单尾矿砂微粒的冲击模型,并扩展至团聚尾矿砂的冲击力求解模型,推导出均匀级配、固液耦合的冲击力计算公式。结果表明:单尾矿砂微粒可通过弹性力学理论描述碰撞过程、求解碰撞力和碰撞时间;尾矿砂团聚微粒的碰撞模型的构建应考虑液相的粘聚力、颗粒间的接触和局部力系向空间转化三个方面;冲击速度、平均粒径和含沙量对冲击力的影响均呈幂函数型增加,干密度呈线性增加,相同边界条件下,冲击速度的改变对冲击力的影响最大,平均粒径和含沙量次之,干密度影响最小,该结果代表了尾矿砂所特有的细颗粒、级配均匀所展现的特征,为尾矿砂下泄冲击计算提供理论依据。     

泥石流沟道侵蚀初探

泥石流是广泛分布于我国山区、破坏力极强的山地自然灾害之一,对山区经济发展、人民生命财产安全都有着极大的威胁.泥石流沟道侵蚀作为一种特殊的侵蚀类型,与一般水流相比,其侵蚀作用非常强烈,在一次过程中便可刷深沟床数米甚至数十米.泥石流沟道侵蚀的危害(桥梁、堤防基础暴露等)不亚于泥石流淤积.鉴于目前国内外在泥石流沟道侵蚀研究方面仍处于主要对野外观测资料进行简单分析的现状,对泥石流沟道侵蚀的模式和影响因素进行了探讨,建议今后应着重对泥石流沟道侵蚀动力学过程和机理的研究,建立泥石流沟道侵蚀特征与泥石流运动特征(流速、容重等)参数之间的定量关系.     

土石坝溃决机理模型试验研究进展

大坝溃决将给人类社会带来巨大的灾难,因此国内外都很关注溃坝问题的研究。由于多数大坝均为土石坝,且土石坝是逐渐溃决的过程,而混凝土坝一般表现为瞬时溃决,因此土石坝溃决机理与溃决过程的研究对于溃坝过程数学模型的建立和致灾后果的评价具有重要的指导意义。自20世纪90年代以来,国内外学者围绕土石坝溃决机理开展了广泛深入的模型试验研究,取得了一系列重要的研究成果。分别从土石坝溃决原因、土石坝溃决机理研究进展、土石坝漫顶溃决模型试验、土石坝管涌溃决模型试验等方面介绍国内外的研究进展。重点针对土石坝坝型(均质坝、黏性心墙坝、面板堆石坝)和主要破坏模式(漫顶溃坝与管涌溃坝),介绍国内外开展的不同尺度的溃坝模型试验,分析研究了土石坝的溃决机理,并对今后的研究工作重点提出了相关建议。     

基于模糊数学和权的最小平方法的泥石流易发性评价方法

基于模糊数学中多级模糊评判的理论和方法,结合泥石流灾害的具体特点、成因、机理分析,建立了一种新的泥石流灾害易发性的多级模糊综合评价模型,并且运用层次分析法中权的最小平方法来确定评价指标的权重。以西安市临潼区大水沟泥石流为例,选用典型评判指标,建立二级近似推论,进行泥石流易发性的两级模糊综合评价。     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

基于地貌指数的汶川地震灾区单沟泥石流总量计算方法

现行的泥石流总量计算方法普遍存在计算参数较难获取或难以精确获取的问题,加上汶川地震灾区沟谷内分布大量的由崩塌、滑坡体等形成的固体松散物质;所以多数泥石流总量计算公式在汶川震区存在局限性.参考适用于以崩塌、滑坡体为主要物源的泥石流总量计算公式;分析研究区范围内地形地貌发育状态与降雨因素及其地质条件之间的影响关系;将地貌指数(Strahler积分)应用于泥石流总量计算,尝试解决缺乏降雨数据情况下泥石流总量计算问题.根据“8.13”四川清平群发性泥石流数据初步回归分析得到适合于汶川震区的泥石流总量计算模型.     

云南省东川区泥石流灾害SPOT5遥感影像特征

在东川区县(市)地质灾害详细调查过程中,SPOT5高分辨率卫星遥感数据对泥石流灾害具有较好的解译效果。通过对泥石流SPOT5遥感影像特征进行研究,建立了东川区泥石流遥感解译标志,并对沟谷型泥石流和坡面型泥石流进行识别,共识别了沟谷型泥石流168条,坡面泥石流95处。     

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。