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。     

泥石流内部流速分布规律实验研究

泥石流内部速度是泥石流动力学分析与防治工程设计中最重要的参数之一。本文以粘度较高的丙烯酸树脂与乙酸乙脂混合液模拟泥石流的粘性,以粒径均匀的玻璃微珠作为两相流的固相颗粒,利用PIV流场测量系统,研究了含砂水流与泥石流中颗粒运动过程、垂向流速分布规律;借助高桥堡水石流固体颗粒流速分布模型,计算了不同颗粒粒径条件下泥石流垂向流速分布,并与前人的研究成果进行比较,结果表明：流体粘性较高条件下,颗粒在整个过流断面上分布更均匀,实验中垂向流速测量结果与高桥堡模型计算值吻合良好（u/us>0.3）,而与含砂水流条件下的测量结果差异明显。两相流中固体颗粒垂线流速分布是否存在反“S”曲线分布,主要与流体的粘性及颗粒在液相中分布的均匀程度有关。     

降雨型泥石流对沟床侵蚀的水力学机理

为解决降雨型泥石流对沟床的侵蚀和重塑机理,以水文学为基础,在科学表征泥石流流深的前提下,借助水力学理论,分析了沟床在泥石流流动剪切和渗流水压耦合作用下的侵蚀机理,研究了泥石流流动剪应力、沟床基质孔压、泥石流静压及沟床自重作用的计算方法,给出了沟床侵蚀临界深度表达;借助算例阐明了流域降雨特征、沟道几何参数以及泥石流性质对泥石流流态及侵蚀力的影响规律,展示了沟道侵蚀曲线和侵蚀量的计算方法.结果表明：(1)泥石流侵蚀能力随沟床基质埋深的增加而下降,并在临界深度处消失;(2)不同降雨条件、沟谷特征和泥石流性质下的临界侵蚀深度因流深流速的差异而不同,越利于流深流速增大的流域沟道条件则越利于侵蚀的进行.     

四川石棉2012年“7·14”唐家沟泥石流特征

2012年7月14日,四川石棉田湾河流域唐家沟暴发泥石流,造成2人死亡、5人失踪及巨大经济损失。泥石流由沟道中上游局地强暴雨激发,形成机制为沟床起动型,持续过程约1 h,泥石流总量约85×104 m3,为低频率特大规模泥石流。唐家沟的相对高度为3 139 m,沟道陡急而多急弯、卡口,导致泥石流在运动中反复堵塞溃决,堵塞系数为2.5-3.0-在沟道中下游,泥石流获得了原有沟床堆积物的补给,使固体物质补给区范围扩大,规模增大,危害能力增强-流体含有2%-4.4%的黏粒,黏度较大,重度达20.6 kN·m-3,搬运力极强,搬运至沟口的最大石块体积约235 m3,质量约645 t-流体的直进性强,弯道超高高度高于11 m。泥石流堵塞田湾河并形成溃决灾害,构成了泥石流堰塞湖山洪组成的山地灾害链,危害由沟道延伸至主河两岸的较大范围。当地森林植被茂密,但泥石流十分发育,表明生态环境良好的山区仍需加强对泥石流灾害的防范。     

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。     

承德围场县西山庙台沟泥石流危险性分析

庙台沟位于河北省承德市围场县县城西山,曾发生山洪泥石流灾害.为了掌握庙台沟泥石流的运动变化规律,更有效地减小泥石流的危害,通过对庙台沟的地形地貌、物源、水源的勘察分析,计算得出了泥石流的容重、流量、流速、冲击力等参数;针对其形成条件和基于数量化理论,对该泥石流的危险性进行了分析及评估,进而为相关工程的评价及防治提供参考.     

公路泥石流防治结构内泥石流体运动规律研究

泥石流是一种典型的公路水毁病害,也是公路水毁时主要破坏动荷载,遵循泥石流的运动规律和道路破坏特点,建立泥石流防治技术是治理公路水毁病害的关键。文章通过分析泥石流体的运动特点,提出了合理的速流槽泥石流防治结构剖面形状,根据能量守恒原理建立的泥石流体运动方程和根据平抛理论建立的泥石流体抛程计算公式,解决了泥石流防治结构受泥石流体作用力大小的计算和泥石流防治与公路水毁病害治理效果的理论判断问题,为同类型的特大型公路泥石流防治结构设计与公路水毁病害治理提供了理论依据。     

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.     

不同水沙条件下弯道河床冲淤与漫滩洪水特性研究

我国西南山区山洪灾害频发,严重威胁山区社会发展和人民生命财产安全。由于地形限制,山区常见弯曲河道,而弯曲段时常发生山洪灾害。以往弯曲河道水沙运动及河床演变的研究成果难以有效识别弯曲河道漫滩洪水下凹岸易灾区域范围。基于四川省芦山县王家村弯曲河道漫滩洪水灾害的现场观测,本文设计了弯曲水槽模型,测量了不同水沙条件下弯道水面超高、河床地形、凹岸水位和滩槽纵向流速,探讨了漫滩洪水的致灾机制,识别了漫滩洪水下弯曲河道易灾区范围。结果表明,上游流量是弯道漫滩洪水致灾的关键因素,而上游泥沙补给是次要因素。弯道水面超高随泥沙补给增加而增大,经对比计算,兰运长等的率定参数能较好预测河床冲淤稳定的弯道水面超高。水流不漫滩时,泥沙补给仅造成弯道凸岸轻微淤积,对弯道凹岸水位提升的影响很小。洪水漫滩后,上游流量增大造成凹岸水位和滩地流速显著增加。随着泥沙补给不断增大,弯曲主河道河床整体淤积,但淤积对水位和滩地流速的影响较小。30-60°断面区域是90°弯曲河道的易灾区范围,这是因为该区域内的滩地流速大于主河道流速和上游来流流速,滩地最大流速出现在弯道50°断面,其值可达上游来流流速的1.3倍。从水动力学角度分析,洪水漫滩时,滩地流速显著增大是王家村弯曲河段弯顶附近滩地成灾的原因。     

泥石流斜墙式V型排导槽的设计分析

针对泥石流斜墙式V型排导槽的水力最佳断面和槽底的内力计算问题,基于水力学理论和链杆法,分别推导其计算公式。结果表明:该类槽型的水力最佳断面与深度无关,用链杆法计算槽底内力更为简便。最后,以平川泥石流为例,进行了排导槽槽底的内力计算。     

复式断面弯道段的水流流态研究

对复式断面弯道段的水流流态进行了概化模型试验，采用W形波纹凹槽方式加糙，使糙率达到了模型试验的要求.基于试验结果分析了弯道段的流速场和流速分布特征.当小流量时水流动力轴线的位置取决于主槽的位置，当大流量时水流动力轴线的变化规律接近矩形断面的情形.建立了水流动力轴线与流量的关系式，探讨了特征断面的水流动量分配系数的变化特点以及水流动量分配方差随流量增大趋于均匀的分布规律，并给出了大河流量与水流动量分配方差的关系式，建立了水流动量分配方差与无量纲水流强度的关系式.     

加筋板架击穿概率分析

为评估攻击武器作用下舰船结构的安全性,对战斗部冲击载荷作用下加筋板架的击穿概率进行分析.取初始撞击速度、战斗部密度、材料的弹性模量和极限强度作为随机变量,利用随机数生成程序得到50组随机变量的初始值;采用有限元程序进行仿真计算,得到战斗部击穿板架后的末速度值,并检验末速度是否服从正态分布,若不服从则利用最大熵法拟合末速度的概率密度函数;考虑战斗部撞击点和板架加强筋的相对位置关系,采用速度破坏准则,利用蒙特卡罗方法模拟得到不同入射角度的战斗部击穿单层和双层加筋板架的概率.该方法所用样本数量少,充分利用了样本信息,效率较高,具有一定实际应用价值.     

冰盖流阻力与综合Manning糙率

给出了冰盖流分析的数学表述 ,考察了阻力项中的Manning糙率 .给出了完全封冻和不完全封冻冰盖流综合糙率的一般计算公式 .当冰盖比 f =1(完全封冻 )时化为Sabaneev公式 ,当 f =0 (完全明流 )时退化为床面糙率 .在长 32m、宽 0 .5m玻璃水槽中进行了实验验证 .利用ADV测流技术实测流速剖面 ,分析壁面切应力流速和分区平均流速以率定不同的壁面糙率 .计算综合糙率与实测值符合很好     

基于小波分析的泥石流冲击力信号处理

对于防治工程的设计,泥石流冲击力是一个很重要的参数,其冲击力的大小要准确地进行估计是很困难的,并且由于泥石流的破坏性很强,很难在野外进行冲击力的测量.为了减小模型尺度带来的影响,利用大型水槽进行泥石流冲击力实验,并对得到的冲击力信号进行小波降噪处理.通过比较降噪后重构的信号及降噪后的信号发现,降噪后的泥石流冲击力信号可作为液相浆体的冲击力过程线.对采集到的泥石流冲击力数据分析后发现,泥石流液相浆体的冲击力计算公式p=Kρfv2中的系数K接近于0.5.     

最大或然弯道在泥石流排异沟上的应用

为优化泥石流排导沟弯曲段的设计,建立了最大或然弯道的平面几何形状、边墙超高、床面横比降的计算公式,分析了最大或然弯道和传统的定半径弯道的优劣。文中提出的计算方法可为排导沟的优化设计提供理论依据。     

双管显微镜测量表面粗糙度评定参数的处理程序设计

介绍了用双管显微镜测量轮廊线坐标值的方法,同时,设计了计算表面粗糙度六个评定参数的微机处理程序。从而,扩大了只用于测量单参数的表面粗糙度检查仪的使用功能,以满足表面粗糙度国家标准所规定的评定参数的要求。还给出了程序流程图。实验表明,该方法具有精度高和速度快的优点。     

震后北川县泥石流对恢复重建的影响及潜在泥石流发育度评价

震后北川县泥石流灾害具有暴发频率高,规模大,潜在危害严重等特点,已经成为灾后恢复重建的关键制约因素.震后潜在泥石流发育度的评价,对灾后重建具有重要意义.在野外调查和遥感解译的基础上,利用Arc-GIS技术,采用多因子叠加法对震后北川县潜在泥石流发育度进行了评价.依据评价结果,把北川县分为泥石流高发育区、中等发育区和低发育区.高发育区集中于擂鼓镇-曲山镇-陈家坝乡一带,沿发震断裂上盘分布,占县域面积的6.6%;中等发育区位于高发育区两侧,以断裂上盘为主,占县域面积的22.5%;其余属低发育区,占县域而积的70.9%.在泥石流高发育区必须规避泥石流灾害;在中等发育区,应进行泥石流危险性评估,确保没有灾害威胁,否则也必须进行规避.     

Calculation of the debris flow concentration based on clay content

The debris flow clay content has very tremendous influence on itsconcentration (γ_c). It is reported that the concentration can be calculated by applying the relative polynomial based on the clay content. Here one polynomial model and onelogarithm model to calculate the concentration based on the clay content for both theordinary debris flow and viscous debris flow are obtained. The result derives from thestatistics and analysis of the relationship between the debris flow concentrations and clay content in 45 debris flow sites located in the southwest of China. The models can beapplied for the concentration calculation to those debris flows that are impossible toobserve. The models are available to calculate the debris flow concentration, theprinciples of which are in the clay content affecting on the debris flow formation,movement and suspending particle diameter. The mechanism of the relationship of theclay content and concentration is clear and reliable. The debris flow is usually ofmicro-viscous when the clay content is low (<3%), by analyzing the developing tendencyon the basics of the relationship between the clay content and debris flow concentration.Indeed, the less the clay content, the less the concentration for most debris flows. Thedebris flow tends to become the water rock flow or the hyperconcentrated flow with theclay content decrease. Through statistics it is apt to transform the soil into the viscousdebris flow when the clay content of ranges is in 3%-18%. Its concentration increaseswith the increasing of the clay content when the clay content is between 5% and 10%. Butthe value decreases with the increasing of the clay content when the clay content isbetween 10% and 18%. It is apt to transform the soil into the mudflow, when the claycontent exceeds 18%. The concentration of the mudflow usually decreases with theincrease of the clay content, and this developing tendency reverses to that of themicro-viscous debris flow. There is maximum mean concentration for the debris flowwhen the clay content ranges are between 7% and 11 %. Especially, for the viscousdebris flow, the logarithm formula here is suitable to the concentration calculation with theclay content between 3% and 18%. The maximum concentration calculated by thisformula reaches 2.32 t/m~3, which matches that tested in practice.     

玻璃动疲劳性能研究

本文通过四荷载V氏压痕玻璃方板,在空气中利用四种加载速率的同轴双环弯曲动疲劳试验,发现玻璃强度与加载速率成正比例关系,并得出结论:高强度区的破坏是由尖裂纹萌生造成的;低强度区的破坏是由亚临界裂纹扩展所致。根据试验结果,利用自编的多项式曲线拟合程序,求得破坏荷载及破坏时间的Weibull分布模数m。利用动疲劳强度与加载速率的关系,求得裂纹扩展参数n,并评价了玻璃使用的可靠性问题。