细粒含量对泥石流斜坡失稳模式与规模的影响

为了研究泥石流土体的细粒组分(d≤0.075 mm)在降雨入渗和渗流过程中对泥石流孕育与启动机理的影响,利用自制的泥石流模型槽,采用3种细粒含量的土体制作室内斜坡模型,进行了人工降雨诱发斜坡泥石流试验,研究了泥石流土体斜坡在降雨入渗过程中坡面产流的形成特点、水土流失特征以及斜坡失稳模式。试验结果表明:斜坡细粒在雨水入渗过程会发生分散流失而使坡面表层土体粗化;细粒含量较高斜坡中分散的细粒会随雨水入渗向深部运移堵塞孔隙而降低土体的渗透性(入渗容量),湿润前锋未扩展到下卧土-岩界面就发生坡面产流与坡体破坏,且破坏面距湿润前锋较近(仅数厘米),破坏模式先为块体的滑动-流动破坏,然后为沟道侵蚀,土体流失规模与雨强、细粒含量有关;细粒含量较低斜坡的破坏模式为牵引式的滑塌,但试验过程中未发生大规模的土体流失,细粒分散运移作用对低细粒含量土体孔隙的堵塞效应不明显,而在土-岩界面处形成了较稳定的携细粒水流。斜坡土体细粒含量对斜坡破坏模式和坡面产流的形成有重要作用,考虑坡面产流影响的斜坡稳定性分析模型得到的安全系数更接近实际情况。     

湖南临湘贺畈沟灾害性泥石流成因分析和启示

2011年6月10日,属湿润、低地震烈度区的湖南临湘贺畈沟暴发了历史罕见的特大泥石流灾害。为探明此次泥石流灾害的成因,在现场勘查工作的基础上,结合室内试验,划分了泥石流发生前贺畈沟流域的干旱等级,分析了长历时干旱对沟内花岗岩残积土物理力学性质的影响,计算了花岗岩残积土饱和所需的降雨量和时间,得出了此次泥石流灾害的成因：源区花岗岩残积土的垂直分层特征,决定了土体极易从细颗粒含量高的表层起动;前期长历时干旱导致土体表层沿细颗粒含量多的部位开裂,土体局部渗透性加强;在后期短历时强降雨作用下,雨水沿干裂缝等表层通道下渗,土体中的细颗粒发生运移、富集并形成局部隔水层,土体强度降低;随着降雨的进行,隔水层上部土体中孔隙水压力升高,土体破坏并液化形成泥石流。相关结论对于开展花岗岩残积土起动形成泥石流过程特征及机理研究具有启示意义。     

崩塌土流动化机理的实验研究

作者利用可调坡水槽进行了松散崩塌土与水流掺混并形成泥石流的实验，观测了崩塌土运动距离及泥石流的形成过程，建立了崩塌土流高比的计算公式。讨论了松散崩塌土流动化形成泥石流的临界条件，提出松散崩塌土在一定纵坡下形成泥石流的水流掺混机理。实验中发现了一定形状的块状崩塌土与饱和度较高的下垫层之间存在超载孔隙水压力，超载孔隙水压力减轻了块体自重达到减阻的作用。从而，可以解释块体在泥石流表面快速滑行的原因。     

过水设施水流噪声的形成机理及影响因子研究综述

为提高水流噪声对过水设施运行状态的监测效率，需明确水流噪声形成的机理及其与过水设施运行及结构参数之间的相互关系。分析和总结了河道与水电站常用过水设施水流噪声的形成机理及影响因子，指出常用过水设施水流噪声特征与其运行工况及流道结构特征密切相关，水流流速、流量与形成的水流噪声声级呈正相关关系；流道结构形式越复杂则水流紊动越激烈，水流噪声形成机理也越复杂。过水设施水流噪声声级和频率随流道水动力特性和结构边界特性同步变化，可作为过水设施运行及流道状态的信号源，实时监测过水设施的运行状态和安全，保障过水设施的安全。     

柿树沟泥石流物源体直剪强度特性试验研究

柿树沟泥石流为暴雨型泥石流,研究该物源土体前期的含水率及密实程度对于分析该类型泥石流的形成具有重要意义。在降雨过程中物源土体逐渐饱和且细颗粒也随之发生运移,造成了土体密度的改变及强度特征的影响。以柿树沟泥石流物源土体为研究对象,采用室内大型直剪试验,研究其在不同饱和度和干密度条件下的强度特性,分别得到饱和度、干密度与抗剪强度指标c和φ的关系,与强度包线的关系,与剪应力及位移的关系。结果表明:土样c值与饱和度成反比,与干密度成正比关系,且饱和前期变化较为明显;剪应力-位移曲线随着饱和度的增加峰值逐渐明显;前期充分降雨情况下,土体逐渐饱和且抗剪强度迅速下降,在径流作用下表层松散堆积物易被裹挟带走,形成泥石流。通过试验的研究,可以获取此类粒径组合下的泥石流物源体的强度指标变化特性,对该类泥石流的形成机制或预测预报的研究具有一定的参考和指导意义。     

公格尔山区融水冲刷形成泥石流的起动试验研究

近年来新疆公格尔山地区冰川泥石流活动频发,严重威胁中巴经济走廊带内重大工程的建设与运营。以公格尔山地区的冰雪融水型泥石流为研究对象,基于水槽试验,分析不同融水量冲刷冰碛土形成泥石流的起动机理。结果表明,在融水渗流侵蚀作用下,骨架结构的冰碛土内细颗粒不断迁出并形成渗流通道,随着内部结构变化和动水压力增加,前缘土体骨架发生坍塌形成小型泥石流;在后续持续水流冲刷作用下,处于超饱和的冰碛土不断溯源冲刷且表面形成小冲沟,在深切拉槽过程中局部沟段发生堵塞溃决而形成更大规模泥石流。综合含水量和孔压的变化特征及实验现象,将冰雪融水型泥石流的起动过程分为径流渗透、溯源冲刷、沿程冲刷和堵塞溃决等4个阶段。     

流滑型窝崩特征及概化模拟试验

流滑型窝崩是长江中下游一种典型的岸滩崩塌形式,土体崩塌破坏发展速度快、体量大,危害很大.根据典型实例,分析了此类崩岸的特征和发生规律,并通过初步的概化模拟试验,探讨了其形成过程和成因机理.研究结果表明,流滑型窝崩是水流冲刷过程中引起的土体滑动破坏,岸坡土质抗冲差、近岸水流急是窝崩形成的基础条件,而伴随窝塘扩大出现高强度的回流是土体连续崩塌破坏的重要动力因素.     

蛤蟆通和引汤灌区渠基膨胀土的渗透变形和裂缝冲刷试验

以黑龙江省蛤蟆通灌区和引汤灌区渠基的弱膨胀性土为研究对象,采用渗透变形试验和裂缝冲刷试验,对渠基的抗渗特性和裂缝冲刷特性进行研究。试验结果表明,蛤蟆通渠基土和引汤渠基土的渗透性极低,在渗透变形试验中均表现为流土型破坏,具有较强的抗渗透变形能力。膨胀土渠基裂缝在水流的作用下有自愈、缩小、增大和整体流失等4种演变形式,其与土体的含水率、裂缝的开度及裂缝形态等因素有关。含水率越低,裂缝开度越小,裂缝越趋向自愈;反之,裂缝具有扩大甚至产生土体整体流失破坏的趋势。横向裂缝在中部易出现贯穿性孔洞,竖向裂缝的开度则在水流冲蚀部位变大。     

汶川地震区大型泥石流工程防治体系规划方法探索

汶川地震后4年里泥石流非常活跃,暴发了数次大规模泥石流.分析了震后泥石流形成的三类起动机理,并结合拦挡工程溃决情况,进一步分析人工干预下的大型泥石流形成机理.在此基础上,针对大型泥石流成灾的两个显著特点,即泥石流进入主河形成堰塞湖产生二次灾害与泥石流携带的巨石冲击破坏能力巨大,提出了主河输移控制型泥石流防治规划设计原理、不同开孔的拦砂坝群分级拦淤泥石流方法、谷坊群稳定形成区泥石流物源方法,以及充分利用沟床巨石形成阶梯-深潭结构等系列泥石流工程防治体系规划方法.主河输移控制型泥石流防治规划设计原理以主河输沙能力作为控制条件,将泥石流的洪峰流量优先分配给排导工程,然后分配给拦挡工程或者停淤工程,各类工程合理分担的泥石流洪峰流量.这些方法的组合可望对大型泥石流进行有效的调控.     

汶川地震区大型泥石流工程防治体系规划方法探索

汶川地震后4年里泥石流非常活跃，暴发了数次大规模泥石流。分析了震后泥石流形成的三类起动机理，并结合拦挡工程溃决情况，进一步分析人工干预下的大型泥石流形成机理。在此基础上，针对大型泥石流成灾的两个显著特点，即泥石流进入主河形成堰塞湖产生二次灾害与泥石流携带的巨石冲击破坏能力巨大，提出了主河输移控制型泥石流防治规划设计原理、不同开孔的拦砂坝群分级拦淤泥石流方法、谷坊群稳定形成区泥石流物源方法，以及充分利用沟床巨石形成阶梯-深潭结构等系列泥石流工程防治体系规划方法。主河输移控制型泥石流防治规划设计原理以主河输沙能力作为控制条件，将泥石流的洪峰流量优先分配给排导工程，然后分配给拦挡工程或者停淤工程，各类工程合理分担的泥石流洪峰流量。这些方法的组合可望对大型泥石流进行有效的调控。     

非均质泥石流形成过程动力学特征

非均质泥石流是产生于山坡与沟谷中的一种典型固液两相流,具有颗粒级配宽、容重大、流动阻力与流速分布的不均匀性等特征,致灾影响深远。本文通过在云南省蒋家沟泥石流观测研究站实施48组泥石流形成动力过程模拟试验,首先分析非均质泥石流起动方式,将模拟泥石流起动划分为常遇型、溃坝型及滑坡型三种类型,并进一步将泥石流形成过程划分为固体颗粒起动、固体颗粒加速混掺及固液两相流形成的三个不同阶段;基于孔隙水压力及水力因子等测定数据,分析揭示了泥石流形成的三阶段的动力学特征,表明三类泥石流形成后流速较大,均呈急流状态,而且水流强度以溃坝型泥石流为最大,常遇型泥石流次之,滑坡型泥石流最小。本项研究成果对丰富泥石流学科内容以及提高泥石流灾害预测水平具有重要意义。     

粘土与含砾土裂缝冲刷反滤层的变化机理

通过对陕西黑河大坝筑坝心墙粘土料和新疆下坂底筑坝含砾土料的裂缝冲刷试验研究,分析了粘土与含砾土在设计反滤层情况下,两种不同性质的土体在各种原因形成裂缝冲刷时,对原反滤层结构的影响及变化机理。同时揭示了次生反滤层的形成规律和裂缝自愈机理,进而从试验上进一步论证了反滤层在阻止渗透变形与破坏中的巨大作用,为裂缝土体抗冲刷时选择反滤体提供了理论依据。     

水闸侧墙与土体接合部渗透破坏过程模拟试验

为深化对穿堤涵闸土石接合部渗透破坏发展机理的认识,研发了试验装置,实现了水闸侧墙与土体接合部渗透破坏过程的室内模拟。通过对黏粒质量分数分别为4.6%、12.3%及22.6%的土体开展试验,分析了接触冲刷的破坏特征及其发生发展规律,探讨了土体性质、水力比降、接触带压实度等因素对渗透破坏的影响。试验结果表明:土石接合部接触冲刷破坏过程分为稳定渗流阶段、管涌形成发展阶段和冲蚀破坏发展阶段;土体黏粒质量分数越大、压实度越大,土体稳定时间及破坏时间越长,抗冲蚀能力越强;冲蚀量与土体黏粒质量分数、水力比降及压实度均呈现明显的反比关系;水力比降较小时,压实度对土体抗冲性能影响显著,但随着水力比降的逐渐增大,土体性质起主导作用;初始破坏阶段土体细颗粒的流失受土体性质、压实度及水力比降各因素的综合作用,表现出不同的规律性。     

西藏某泥石流区砾石土动力试验研究

通过利用动三轴仪对西藏某泥石流区的砾石土进行抗液化强度动力试验，研究了两种土体动强度、动孔隙水压力随振动周次的变化，以及固结压力对动强度的影响，并得到不同破坏标准和振动周次所对应的动强度指标。试验结果可供泥石流土液化机理研究或工程参考应用。     

堤坝涵管接触冲刷破坏模式分析

本文分析总结了涵管与堤坝土体结合面区域土体渗透变形或接触冲刷破坏影响因素,主要包括涵管材料、裂缝或孔洞、回填土性质、水头、水流类型、设计因素等。从后向侵蚀管涌和内部侵蚀机理出发,归纳了4种堤坝涵管接触冲刷破坏模式,即土颗粒流失进入无压涵管导致土体发生内部侵蚀、压力涵管内水外溢导致的内部侵蚀、沿涵管周围土体产生后向侵蚀管涌或内部侵蚀和涵管附近土体裂缝导致的内部侵蚀。应用连续统概念模型阐述了接触冲刷破坏发生发展过程和可能防御措施,有助于堤坝涵管工程设计、施工和后期运行管理。     

心墙土料裂缝冲刷试验研究

为了解在水流冲刷作用下反滤砂对土石坝心墙裂缝发展的保护作用的特点和机理,以西北地区某拟建土石坝心墙裂缝冲刷试验为例,采用逐级施加水头的试验方法,详细叙述了土石坝心墙裂缝冲刷试验过程及裂缝在水流冲刷过程中的特点。试验结果表明,宽度不大的裂缝在合适的反滤层保护下能防止心墙土体被水流冲刷。     

典型地震扰动区泥石流堆积体工程特性及其启动机制

地震扰动区内的高山峡谷地区,斜坡易发生崩塌、滑坡,堆积在坡面或沟谷内。雨水入渗导致堆积土体饱和度增加,强度衰减,继而诱发泥石流启动。都汶公路沿线和甘肃舟曲泥石流沟汇水区松散堆积体的物理力学特性试验结果表明,两组泥石流土体细粒含量少,均为宽级配不均匀粉土质砾石土。当舟曲泥石流堆积土含水率增至15%~18%时,都汶土含水率增至12%~15%时,土体黏聚力骤减,暗示土体强度丧失存在临界含水率,这一特定含水率可作为泥石流启动的临界含水率。进一步统计分析表明,泥石流发生前1h的临界降雨量与临界含水率密切相关,利用二者的相关性拟合,可反推泥石流发生的临界降雨量,为地震扰动区泥石流灾害的防治预警提供科学依据。     

基于动力学与物质条件的泥石流阻塞大河综合判据

受强震与极端天气事件的影响,泥石流阻塞大河事件呈急剧上升趋势,以往的研究多数针对泥石流堵断小河的物理过程,所建立的公式不适用于主河强水流作用下的泥石流阻塞大河问题.本文参考了Takahashi提出的泥石流在坡度变化沟道中的运动方程,考虑泥石流汇入主河后动力过程受主河水流阻力影响的因素,建立了泥石流进入主河后的运移距离计算公式;基于岷江典型河段实测和泥石流堵河水槽模型试验,确定了泥石流物质总量与堵塞系数之间的关系式;大直剪试验表明,当大颗粒体积比达到50%时,粗细混合料的抗剪强度由大颗粒所决定,据此提出堰塞坝形成稳定坝体的条件是抗水流冲刷的大颗粒所占比例达到50%以上,并通过现场资料对这一结论进行了验证.从而建立了基于泥石流在大河中运移距离、泥石流物质总量及泥石流体颗粒组构条件的泥石流阻塞大河综合判据.     

山区河流床面结构发育野外现场试验研究

山区河流在长期的河床演变中常发育一定的床面结构,起到增加河道稳定性等作用,从而对未来演变过程产生影响。为研究床面结构的发育分布及其与环境条件之间的关系,本文在蒋家沟泥石流堆积体上设计了野外现场试验,分析不同工况下床面结构的形成、河床演变机理及人工建设床面结构所带来的后果。结果表明,达到动力平衡时,河道中发育的床面结构越强,消耗水流能量越多,从而稳定维持的纵坡降越大,因此在一定程度上决定了河道纵剖面。自然发育的床面结构受到运行工况的控制,即不同工况决定了不同的床面结构分布。此外人工结构能起到和天然结构相同的作用,即消耗能量、延缓下切,改变演变方向等,因此能够用于山区河流治理。     

拟建G212线陇南段泥石流危险性评价

进行泥石流危险性评价分析是泥石流灾害问题研究的一个重要步骤,有利于研究泥石流的形成机制及区域特色。通过现场调查和大量统计分析,确定了影响泥石流形成条件的岩土体类别、流域面积、10 min雨强、流域内潜在流动物质饱水程度等影响因子,并对这些因子进行了深入分析,得出了采用危险性评价分析对于区内的泥石流灾害预测与防治是高效的方法。