泥石流颗粒物质分选机理和效应

泥石流是一种由大量固体颗粒和液态水充分掺混所形成的多相流体,泥石流体内固体颗粒物质的相互作用所导致的泥石流颗粒物质的分选是引起泥石流流动性和冲击力大增的重要原因,是现阶段大型泥石流防治的重要关注方向.从基本的泥石流动力学理论出发,采用连续介质力学的方法构建泥石流运动的模型,初步分析颗粒分选对泥石流流动性的影响;进而采用离散元(DEM)数值模拟颗粒流的方法,对泥石流发展过程中颗粒间的作用方式和分选机理开展详尽的研究.研究结果表明:泥石流颗粒分选可以导致颗粒体内部孔隙水压力的重新分布,进而影响到龙头运动速度和颗粒体长度的激增;离散元数值模拟和分析进一步显示,区别于一般均匀颗粒所形成的颗粒流的边界层效应,颗粒分选能够显著地改变颗粒体内部的剪切速率的分布,从而弱化边界层效应.     

两相泥石流的非恒定特性研究

按照运动机理和泥沙粒径组成的不同,泥石流可分为一相泥石流和两相泥石流。两相泥石流是水和泥沙混合液体与石块构成的固体之间有明显的相对运动的泥石流。两相泥石流在山区沟谷中分布更为广泛,本文针对两相泥石流的非恒定运动过程展开实验研究。实验发现两相泥石流的运动过程具有明显的间歇特征,龙头的运动和停滞呈现间歇式分布。泥石流在停滞过程中,水流或泥沙悬浮液携带石块在前部堆积使得龙头高度和坡度逐渐增大,当坡度达到临界值时,泥石流向下游运移,龙头高度和坡度进而减小,当龙头坡度减小到一定值时,泥石流进入下一个停滞阶段,等待上游泥沙的补给和能量的聚集。两相泥石流龙头后部水流断面平均速度>颗粒断面平均速度>龙头速度,水流速度是颗粒速度的2～3倍,水流通过颗粒不断的将能量传递给龙头用来克服龙头相对较大的阻力。本文通过两相泥石流的实验,研究了间歇流动的形成发展过程,通过分析建立了相应的的力学模型。     

螺旋分选机流场及颗粒运动的数值模拟研究

采用CFD-DEM单向耦合的数值模拟方法研究了螺旋分选机的流场和颗粒的运动特性,实验和模拟分析了1～1.5 mm粒级煤粒的分选过程.结果表明:水流在首圈回转过程中,水膜外缘不断增厚,内缘不断变薄.颗粒随水流进行回转运动,低密度颗粒悬浮在流膜上层,中高密度颗粒呈滚动或跳跃状态.密度、粒度和入料流量对颗粒的回转半径影响显著,当回转角度小于120°时,不同尺度颗粒的运动轨迹基本一致;回转角度大于120°后,密度和粒度越大的颗粒回转半径越小.入料量为3.0 m~3/h时,低密度颗粒和高密度颗粒回转半径差减小至14.07 mm.入料流量对螺旋分选机的分选密度影响明显,对不完善度影响较小.     

营养胁迫调控弯曲隐球酵母转化N-乙酰-D-葡萄糖胺生产油脂

以一株可利用N-乙酰-D-葡萄糖胺(GlcNAc)为唯一碳源的菌株——弯曲隐球酵母(Cryptococcus curvatus ATCC 20509)为研究对象,分别采用磷元素限制和硫元素限制,考察对其油脂积累的影响,并对脂肪酸组分进行了分析。结果表明,磷、硫元素均可调控该酵母在氮源丰富条件下的油脂积累,油脂含量和油脂得率随碳磷摩尔比的增高而增高,随碳硫摩尔比的增高呈先上升后下降的趋势。脂肪酸组分分析表明,饱和脂肪酸含量随着碳磷摩尔比的增加先下降后上升,随着碳硫摩尔比的增加呈先上升后下降的趋势。     

洪水起动泥石流沟床物质形成泥石流的试验

以研究震后强震区泥石流起动的临界水力条件为目的,在实验室内模拟了洪水起动沟床物质形成泥石流的条件,对比前人研究的颗粒起动的临界水流速度条件后得出：泥石流形成时的颗粒起动条件介于少量起动和大量起动之间,临界起动概率为0.05,约为少量起动的2倍,大量起动的1/3;泥石流形成的临界流速随起动颗粒中值粒径的增加而增加,随沟床坡度的增加而减小;颗粒的不均匀系数越大,起动所需要的临界流速也越大;修正的泥沙起动和泥石流起动公式适用于较大的泥沙颗粒粒径和泥沙不均匀系数的泥沙起动条件.     

红壤开挖面坡面径流特征研究

为了研究坡面径流特征,采用上方人工放水实验模拟坡面水流,研究不同放水流量强度、不同坡长及不同坡度条件下红壤坡面径流过程特征.结果表明:(1)不同放水流量强度条件下,坡面径流率随径流历时的变化总体上呈先逐渐增大,后趋于稳定的变化过程,且放水流量强度越小,坡面径流率的增长速度反而越大;(2)不同坡长条件下,坡面径流率随径流历时的变化过程总体上先逐渐增大,后趋于稳定,且随坡长的增大,坡面径流率越小;(3)不同坡度条件下,坡面径流率随径流历时大部分先逐渐增大,后趋于稳定,对于两个较陡坡(50°和65°)且放水流量较大的坡面,坡面径流率随历时先逐渐减小,后趋于稳定.     

高山峡谷区山洪沟口泥沙堆积特征数值试验

山洪泥石流是高山峡谷区一种常见的自然现象，其运动过程通常伴随剧烈的沟道侵蚀，并在沟口形成显著的泥沙堆积体。由于高山峡谷地区山高谷深，难以通过实地调查及模型实验等传统的研究手段追踪沟床泥沙受山洪泥石流冲刷的运动过程，无法揭示山洪泥石流挟带泥沙的堆积形态及堆积体中泥沙粒径分布特征，易产生对灾害影响范围估计不足导致的区域人员伤亡和财产损失。为探究山洪沟口泥沙堆积形态和粒度特征，以概化的高山峡谷区山洪沟为研究对象，采用耦合的计算流体力学（CFD）与离散单元法（DEM）数学模型，模拟了受到不同流变特性山洪泥石流冲刷的泥沙颗粒在沟口的堆积过程，重点分析了山洪泥石流体积浓度对堆积区中不同粒径泥沙颗粒堆积发展过程的影响。结果表明：泥沙堆积体的发展速度随着山洪泥石流体积浓度增加呈现先增加后减小的趋势，过高的体积浓度促使堆积体形态发生改变。泥沙平均堆积距离随时间变化可以分为高速增加、初次减速、增速恢复和稳定发展4个阶段。随着粒径的增大，泥沙与堆积体中心的平均距离也增大但堆积分散程度减小。泥沙颗粒的分散程度随时间变化过程与泥沙粒径和体积浓度密切相关，可以使用具有三个参数的幂函数对这个过程进行预测。泥沙颗粒粒径的增大加快其在堆积体中的分散速度而山洪泥石流体积浓度的增大使泥沙颗粒的分散速度先增加后减小。本研究可为进一步理解山洪泥石流堆积致灾机理提供科学依据。     

输油管道90°弯管冲蚀磨损数值模拟研究

为了研究输油管道系统的冲蚀磨损问题,运用ANSYS FLUENT软件,通过改变管道进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径,对90°弯管的流场分布及磨损情况进行了数值模拟。结果表明,随着进口流速的增加,弯管的冲蚀率逐渐上升;随着颗粒直径的增大,弯管的冲蚀率总体呈下降趋势;随着颗粒质量流量的增大,弯管的冲蚀率基本呈线性增长;进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径等3个冲蚀影响因素之间存在交互作用。     

汶川地震后北川干溪沟山地灾害及长期发展趋势初步分析

汶川地震在干溪沟内激发了大量的崩塌、滑坡.根据航空影像数据解译,干溪沟内发育成片的崩塌滑坡91块,总面积10.42 km2,占全流域的28.95%,而暂时没有泥石流活动痕迹.干溪沟内山地灾害在坡度、坡向、高程、断裂距离、地层岩性等方面存在如下规律:1)发生崩塌滑坡的坡度主要分布在30°～50°,随着坡度的增加,发生崩塌滑坡的概率越大;2)崩塌滑坡的坡向主要分布为向南方向;3)崩塌滑坡主要分布在1 000～1 600m高程内,其中,1 000～1 400m尤其集中;4)绝大部分崩塌滑坡都分布距离北川断裂2000m或距离其他主要断裂1 000m的范围内;5)T1f+t地层是"5·12"汶川地震的易发山地灾害地层.通过初步分析,预测干溪沟泥石流长期发展趋势为:1)总体呈活动强度下降趋势,可供形成山地灾害的松散固体物质来源总量呈下降趋势,泥石流总量下降;2)活跃期-平静期交替、活跃期逐渐缩短、平静期逐渐延长;3)泥石流活动类型表现震后一段时间内为输移控制型、然后为输移控制型向松散固体物质控制型过渡,最后发展成为松散固体物质控制型;4)汶川地震后第一个活跃期为10～15 a.干溪沟的山地灾害现状及其长期发展趋势分析为下一步制定减灾方案奠定了基础.     

低温等离子体协同紫外光工艺处理甲苯

采用低温等离子体(DBD)协同紫外光(UV)处理挥发性有机污染物中的甲苯气体,研究了外加电压、气体流量及相对湿度对甲苯去除率的影响,同时探究了尾气中臭氧浓度随电压变化的规律,并与单一DBD处理工艺结果进行了对比。结果表明:甲苯的去除率先是随着外加电压的增加而快速增加,当外加电压达到一定值时,甲苯的去除率增速明显放缓。甲苯去除率随着气体流量的增大而降低,随空气相对湿度增大则呈现先上升后下降的趋势,其最佳相对湿度约为40%;尾气中臭氧浓度随外加电压的增加呈现为先增大后降低的趋势;与单一DBD工艺的处理效率相比,DBD协同UV的组合处理工艺对甲苯的去除率更高,尾气中臭氧浓度也更低。     

Coarse grain deposit feature of Guantao formation in western depression Shuyi area of Liaohe basin

The extensive distribution of coarse-grained elastic rock of Guantao formation in Shuyi area of Liaohe basin was considered as a result of fluvial deposit. According to the comprehensive analysis of seism data, well log, core observation and experimental data, this kind of elastic rock is composed of pebblestone-cobblestone, microconglomerate, sand conglomerate, medium-coarse grained sandstone and fine-sandstone. According to the elast composition, sedimentary texture, structure and rock type, 3 kinds of sediment facies can be recognized ie the mixed accumulation-conglomerate dominated debris flow, pebblestone-cobblestone dominated gradient flow and sandstone dominated braided stream. Vertically, the bottom gradient current deposit and top braided stream deposit form finingupward sediment sequence, and the debris flow deposit distributes in them at random. The sedimentary feature of coarse grain elastic of Guantao formation in Shuyi area is accordant with proximal wet alluvial fan deposited in wet climate at foreland and this kind of alluvial fan is different from the traditional one.     

四川都江堰龙池“8.13”八一沟大型泥石流灾害研究

2010年8月13日都江堰龙池八一沟在强降雨(75 mm/h)下导致强大雨水启动沟道及两侧松散堆积物后,冲毁各支沟内的拦挡坝,最终溃决形成规模巨大的过渡性泥石流。在八一沟大型泥石流灾害现场调查的基础上,首先对形成泥石流的地形、水源、物源3个基本条件进行了论述;其次分析了八一沟泥石流的特征和成因;再次计算了泥石流的动静力学参数:容重1.88 g.cm-3左右,泥石流的洪峰流量达1 082 m3.s-1,泥石流的屈服应力在6 700 Pa以上,一次泥石流固体总量为116×104m3,堆积扇上巨石的冲击力为2 449 t;最后分析了泥石流的发展趋势:八一沟流域内还存在大量崩滑体及沟道松散堆积体,在强降雨作用下,很容易再次启动,形成泥石流,造成灾害。     

采砂区布置对分汊河道的影响分析

以长江天兴洲河段为例,应用平面二维水沙数学模型,采用实测水沙数据进行率定与验证,模拟了不同流量级下采砂区相对分汊口距离不同采砂后分流比、水位和流速变化规律,模拟结果表明,在相同水流条件下,随着采砂区距分汊口距离的增加,采砂后主汊分流比与河段水位和流速变化都呈先增后减的规律.进一步选取2004年作为典型水沙年预测采砂后河段冲淤变化和回淤率,预测结果表明,河段总的冲淤量随着采砂区相对分汊口距离的增加呈先减后增的规律,而采砂区回淤率呈先增后减的规律.模型成果可为本河段采砂的可行性和采砂规划控制提供科学依据.     

四川省大瑞乡泥石流灾害特征及减灾对策

在地质勘查的基础上,分析了大瑞乡泥石流形成条件、基本特征,并计算了泥石流的容重、流量、流速、冲出量等动力学参数,计算证明大瑞乡泥石流属于中频暴雨沟谷型泥石流。根据泥石流的具体情况和当地经济、社会、生态建设的需要,以及被保护对象的重要性,提出了"拦防结合"的防治对策。     

Bayes判别分析法在泥石流预测中的应用研究

泥石流是山区典型的具有严重危害的地质灾害现象,若能实现对其提前预测预报将是十分有意义的.然而影响泥石流的因素错综复杂,本文综合考虑沟道纵比降、前期降水量、固体物质贮量三个必备因素对泥石流产生的影响,基于Bayes判别分析理论,利用泥石流资料作为训练样本,建立了泥石流预测的Bayes判别分析模型.预测结果表明,该模型结果与实际情况吻合良好,说明该模型在泥石流预测中具有良好的实用性和有效性.     

A Preliminary Study on 1D Numerical Experiment of Water Debris Flow in Gully

In order to improve and enhance the numerical modeling methods and its application on debris flow problems,a preliminary study has been proposed in accordance with the corrected water-sediment numerical model on the premise of revised resistance and sediment capacity equations.Firstly,an overview the recent re- search achievements on numerical simulation of debris flow has been conducted,the results shown that a gener- al numerical model for debris flow can not be existed at all because the complex rheological behavior and main evolution processes from initiation,movement to deposition with different physical mechanism.Secondly,as- suming the one-dimensional Saint-Venant equation for the approximation of water debris flow movement in the gully based on the Manning's equation for the friction slope of water debris flow,the conservation equations of mass and momentum have been solved by means of centre-difference in distance longitudinal axis of the gully and weighted coefficient in time field,the distribution of depth,velocity and scoured or deposition in each sec- tion have been obtained using a suitable sediment transport rate.The aim in this work is focus on improvement of water-sediment model to adapt debris flow numerical simulation although this result need further to analyze and discuss as far as the reliability and precision were concerned because this model proposed must have e- nough the field observational or experimental data to verify related model parameter.     

汶川地震灾区帽壳子滑坡形成泥石流的过程和特征

实地调查了汶川地震灾区北川县帽壳子滑坡转化为坡面泥石流和沟道泥石流的基本特征和形成过程,并利用能量守恒原理和Takahashi泥石流运动模型对其运动特征进行了分析。结果表明：对于强震诱发的滑坡,其层间碎块石土体强度低,滑坡体内部裂隙发育,在强降雨作用下容易转化为泥石流;滑坡转化为坡面泥石流的过程为岩土体沿基岩面下滑→撞击→强碎屑化→流动→快速停积;滑坡转化为沟道泥石流的过程为滑坡体崩滑→弱碎屑化→水流掺混→掏蚀沟道→流动堆积;滑坡转化为坡面泥石流后,起始速度较快,但没有沟道限制和水力作用,因此运动阻力较大,冲出距离远小于沟道泥石流;利用Takahashi泥石流运动模型计算得到的沟道泥石流冲出距离与实际观察值比较吻合。     

Influences and drivers of woody debris movement in urban watercourses

It is recognised that the blockage of culverts by woody debris can result in an increased risk of infrastructure damage and flooding. To date, debris transport analysis has focused on regional fluvial systems and large woody debris, both in flume and field experiments. Given the social and economic risk associated with urban flooding, and as urban drainage design shifts away from subsurface piped network reliance, there is an increasing need to understand debris movement in urban watercourses. The prediction of urban watercourse small woody debris (SWD) movement, both quantity and risk, has undergone only limited analysis predominantly due to lack of field data. This paper describes the development of a methodology to enable the collection of accurate and meaningful SWD residency and transportation data from watercourses. The presented research examines the limitations and effective function of PIT tag technology to collect SWD transport data in the field appropriate for risk and prediction analysis. Passive integrated transponder (PIT) technology provides a method to collect debris transport data within the urban environment. In this study, the tags are installed within small woody debris and released at known locations into a small urban natural watercourse enabling monitoring of movement and travel time. SWD velocity and detention are collated with solute time of travel, watercourse and point flow characteristics to identify the relationships between these key variables. The work presented tests three hypotheses: firstly, that the potential for unobstructed or un-detained SWD movement increases with flow velocity and water level. Secondly, that SWD travel distance, and the resistance forces along this travel path, influence SWD transport potential. Thirdly, the relationship between SWD and channel dimensions is examined with the aim of advancing representative debris transport prediction modelling.