天然团聚岩土料滑坡堰塞体模型试验研究

滑坡堰塞坝主要形成于高山峡谷地区,在我国川西南地区尤为常见.掌握其形成过程和堆积特点有助于准确分析堰塞坝溃决风险、科学制定应急抢险措施,从而最大限度地降低灾害造成的生命财产损失.本文通过开展滑坡堵江室内物理模型试验,研究了堰塞坝的形成过程及坝体物质结构特点.试验采用不同物理性质的天然团聚土料作为堰塞体物源,记录了其在模...     

2008—2017年中国典型滑坡堰塞坝(湖)灾害事件统计与初步分析

滑坡堰塞坝相关的地质灾害链每年给我国造成了大量经济损失和人员伤亡,通过数据统计,分析了2008—2017年我国滑坡堰塞坝的触发因素及其分布规律。结果表明,2008—2017年我国形成的有记录的滑坡堰塞坝超过100座,大地震和强降雨是其最主要的触发因素,触发案例占统计总量的90%以上。地域分布上,西南地区是滑坡堰塞坝相关灾害的重灾区,堰塞坝数量占统计总量的80%以上。四川省因接连发生汶川地震、芦山地震,堰塞坝数量远远大于其他地区;排名第2的是台湾省,由于每年均遭受台风的影响,2008—2017年台湾地区形成的有具体数据记录的滑坡堰塞坝11个,占总量的10.2%;其次是云南省、重庆市等省市。时间分布上,除2008年之外,我国滑坡堰塞坝的形成数量基本上在正常范围内波动。     

滑坡型堰塞坝的形成条件与过程分析

堰塞坝根据形成机理不同可分为滑坡型堰塞坝、崩塌型堰塞坝和泥石流型堰塞坝3种。对占总数70%以上的滑坡型堰塞坝的形成地形条件、河床条件、水动力条件进行分析,比较了不同条件下堰塞坝形成的可能性,并指出在我国易于形成滑坡型堰塞坝的区域。基于堰塞坝的形成条件,对堰塞坝形成的蠕滑拉裂、剪切面贯通、剧烈启动、高速凌空飞跃和撞击、弹落、重夯成坝5个阶段进行了分析。研究表明,在坡度30°~45°、水深较浅、河床较窄的斜坡地带,最易形成滑坡型堰塞坝。     

堰塞坝的形成机理与溃决风险

基于多座溃决堰塞坝案例的调查,对堰塞坝的形成机制、溃决风险及其影响因素进行分析总结,认为堰塞坝主要是由地震或降雨或火山喷发引起的山体滑坡、崩塌、泥石流所形成,形成方式可概括为滑坡、崩塌、泥石流以及碎屑流,其中滑坡是形成堰塞坝最主要的形式。堰塞坝的工作条件、坝体几何特征以及坝体物质组成和内部结构都与人工土石坝存在明显差别,其溃决的可能性远高于人工土石坝。指出堰塞坝的溃决风险主要取决于上游来水量、坝的拦蓄水量、坝的几何尺寸和坝的结构与物质组成,并讨论了降低堰塞坝溃决风险的应对措施。鉴于堰塞坝极高的溃决可能性与严重的致灾后果,建议今后加强堰塞坝溃决机理、溃坝过程的试验与数值模拟研究工作,提出能合理反映堰塞坝溃口发展规律、溃坝洪水流量过程的数值模型与相应计算方法,为科学预测堰塞坝溃决致灾后果,制定堰塞坝溃决应急预案提供技术支撑。     

基于DEM方法的滑坡堰塞坝几何特征分析

基于离散元法(DEM)对滑坡堰塞坝的几何特征进行了数值模拟,考虑沟道断面形态、滑坡速度以及沟床坡度三种因素的影响,共27种组合。结果表明:沟道断面形态、滑坡速度对堰塞坝横向、纵向几何形态都有影响,而沟床坡度只对堰塞坝纵向几何特征产生影响;滑坡速度增大,堰塞坝纵剖面顶宽和底宽的比值减小,堰塞坝的有效厚度减小;沟床坡度增大,堰塞坝下游坝坡内角减小,上游坝坡内角增大,两者的比值减小,堰塞坝坝坡倾角的变化规律与内角的变化规律相反。     

泥石流堰塞坝研究进展

泥石流堰塞坝是泥石流堵塞河道而形成的一种天然坝。泥石流堰塞坝在形成过程、坝体物质结构与组成、坝体物质侵蚀速率、溃决过程以及洪水峰值流量等方面与滑坡堰塞坝存在诸多差异性。因此,开展泥石流堰塞坝的形成与溃决机理研究具有重要意义。依次从泥石流堰塞坝的特点、堵河判据和坝体溃决过程与机理等方面,对近年来泥石流堰塞坝方面的研究进展进行了比较系统的阐述与总结;指出了当前研究中存在的问题与不足,并提出了泥石流堰塞坝形成与溃决方面需要进一步研究与解决的关键科学问题。     

怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与单宽水流能量正相关。干流堰塞坝可分为崩塌滑坡(崩滑)堰塞坝与泥石流堰塞坝。崩滑堰塞坝可在特大洪水中保持稳定,泥石流堰塞坝则可在一般性洪水中稳定。两类堰塞坝的消能率接近自然阶梯-深潭结构。崩滑堰塞坝消能率随单宽水流能量增大而提高,而泥石流堰塞坝则因较大的河谷横向空间汛期单宽水流能量增长较慢。干流堰塞坝的稳定性和消能特点均与当地单宽水流能量特点匹配,从而持久高效地消耗水流能量,提升河床整体稳定性。     

基于PFC3D的滑坡堰塞坝堆积过程与形态模拟

基于PFC3D离散元软件,开展雅砻江唐古栋滑坡1967年失稳堆积堰塞坝的反演模拟,并基于反演参数对强变形A区失稳堆积进行预测模拟。结果表明：① 通过开展唐古栋滑坡1967年失稳堆积堰塞坝的反演分析,校核得到一组合理的细观力学参数;② 强变形A区失稳并整体下滑约1 600 m后在河谷堆积形成堰塞坝,堰塞坝形态呈中部高两边低的梯形形态分布,坝顶宽437.91 m,坝底宽994.39 m,坝高92.65 m;③ 堰塞坝在3种不同来流量下发生溃坝,其洪峰流量均远大于楞古水电站拟选坝址校核洪水流量。通过模拟发现,PFC3D软件对于模拟滑坡堰塞坝堆积过程及堆积形态有较好的适用性,可以获取堰塞坝堆积的三维形态和较准确的坝高。     

堰塞坝渗透稳定性评估

2008年5月12日,汶川特大地震在灾区诱发了34处规模较大的堰塞湖,影响巨大,特别是唐家山堰塞湖,引起了全国广泛关注和重视。堰塞湖往往会带来严重的灾害,不仅在形成过程中可能造成生命财产的直接损失及上游的淹没损失,而且在形成后还会对下游带来淹没或溃坝洪水等次生灾害。考虑堰塞坝应急处置的特点,评价了堰塞坝的渗透稳定性,确定了渗透破坏的形式和程度,并以唐家山堰塞坝为例进行了渗流计算分析,以期对堰塞坝安全性状评估的进一步研究提供参考。     

金沙江白格堰塞坝溃决模式与冲刷进程分析

2018年10月10日和11月3日,金沙江白格发生2次滑坡堵江事件,影响重大。文章介绍了白格堰塞坝形成经过,通过物质来源分析和堰塞坝颗分成果确定了堰塞坝物质组成,根据堰塞湖库容、坝体形态和物质组成等因素确定了白格堰塞坝的溃决模式,最后分析了白格堰塞坝的冲刷形式和冲刷进程,可供类似堰塞坝的溃决模式与冲刷进程分析参考。     

怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

<正>滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与     

气象水文监测用于堵沟型滑坡堰塞坝预警研究

强降雨产生的沟内汇流是破坏山区堵沟型滑坡堰塞坝的主要原因。如何实现堵沟型滑坡堰塞坝的监测和快速预警仍然是滑坡灾害防治研究的重点和难点,针对这一问题,提出了一种基于气象水文监测技术的小流域内堵沟型滑坡堰塞坝的应急监测预警方法。该法利用雨量计、水位计和流速仪等气象水文监测设备以及无线传输网络数据传输技术可同时对沟内汇流过程,以及降雨过程进行实时监测。此外,基于监测断面的累积径流总量与堰塞坝最大库容量之间的关系,构建了5级堰塞坝危险预警级别及对应的判别指标。以都江堰银洞子沟滑坡堰塞坝为对象,进行实地监测试验。结果显示:2017年8月28日银洞子沟流域出现特大暴雨,最大小时雨强达50mm/h,危险等级为Ⅳ级(最危险等级);在低处溃口处,当溃口处库容超过3000m3时,将淹没溃口顶部,出现溃决;在流量峰顶前的3h,库容达到了最大库容的1/3,监测系统发出了第一次预警;当雨强超过50mm/h后,监测系统发出红色预警信号,下游村庄立即组织疏散,并封闭流动路径上公路,因此未造成人员伤亡和重大财产损失。实践表明,该方法能够提前3h预警堰塞坝破坏,同时由于该方法系统架构简便,监测预警设备的安装调试需求时间比较少,能够达到快速预警的目的。     

滑坡型堰塞坝典型特征分析

滑坡型堰塞坝在我国的堰塞坝中占比最大,分析其形成过程与级配特征对其后期稳定性评价的影响是非常必要的。分析认为,堰塞坝形成过程可分为缓慢滑入型、过流型和回荡型三种类型,在平面形态上多呈长舌状、伞状或扇状分布,具体形态与滑坡体下滑速度、河道形势、山体坡度等有关。颗粒级配在空间上呈反粒序特征,但堰塞坝不同分区颗粒级配受堰塞坝形成类型的影响而有所差别;当堰塞坝颗粒粒径小于10mm的颗粒含量小于10%,大于100mm的颗粒含量大于40%,且不均匀系数Cu小于30、中值粒径d50大于100mm时,堰塞坝更趋于稳定。     

唐家山堰塞坝泄流对坝坡稳定的效果分析

采用极限平衡有效应力法研究了不同上游水位下唐家山堰塞坝坝坡的稳定性，评估了该堰塞坝滑坡的可能性，为制定科学有效的泄流方案提供了依据。同时，对泄流后该堰塞坝坝坡以及泄流形成的新河道岸坡的稳定性进行了分析，研究了泄流对坝坡稳定的效果。研究结果表明，上游水位继续上涨可能导致唐家山堰塞坝下游坝坡滑动破坏，应在水位达到高程675 m前采取泄流措施降低库水位，以确保下游侧坝坡的安全；泄流后剩余堰塞体的稳定性较好，不会发生大规模滑动；泄流形成的新河道岸坡可能发生局部垮塌，但其规模较小，应不会造成堵塞断流和影响行洪能力。     

堰塞坝慢顶溃决流量过程数值模拟

堰塞坝的溃口流量过程是堰塞湖应急处置与风险管理的关键问题,采用数值模型计算分析堰塞坝溃口流量过程的关键是正确模拟溃口形成机理。本文在前人工作基础上,根据一般滑坡堰塞坝特点和实际观测到的堰塞坝溃口发展规律建立了一个溃口扩展模式,将溃口扩展过程归纳为三种主要表现形式,采用试验资料建立的高强度泥沙冲刷计算公式将溃口冲刷的三种表现方式联系在一起,建立堰塞坝逐渐溃决数学模型,利用实测溃坝资料验证了模型的可靠性。考虑到溃坝洪水计算的极大不确定性,对计算模型中一些关键参数给定一定变幅范围研究了这些参数对计算结果的影响。     

堰塞坝溃决洪水的三维视景模拟关键技术

我国是地震多发区,地震形成的堰塞坝一旦溃决,对下游城市和保护区将产生严重影响。由于堰塞坝溃决的复杂性和不可重复性,因此单一的数值模拟和物理模型试验均无法全面展现其变化特征。而三维视景模拟可在虚拟环境中精确地提供堰塞坝溃决及洪水演进的动态演变过程,具有显著的优势。本文重点阐述了堰塞坝溃决洪水三维视景模拟的基本原理和关键技术,基于堰塞坝溃决洪水计算模型和三维视景仿真技术之间的耦合,对堰塞坝溃决洪水进行三维分析和仿真,实现堰塞坝溃决洪水的三维视景模拟仿真与应用。相比传统的一维或者二维水动力学计算和展示,三维视景模拟更为准确和直观,它为堰塞坝溃决洪水问题的深入研究提供了一条行之有效的途径,可为提前制订应对方案和降低堰塞坝溃决所带来的损失提供参考依据。     

金沙江白格堰塞坝自然泄流冲刷溃决过程数值模拟

堰塞坝冲刷溃决及溃决洪水演进过程十分复杂,其溃决洪水对下游人民生命财产构成巨大威胁。利用数值分析方法对大型滑坡堰塞坝的溃决演进过程进行模拟和重演,对堰塞湖下游的避险与防灾减灾具有重要指导意义。以2018年金沙江"10·11"白格滑坡堰塞湖为例,基于无人机获取的地形数据,建立白格滑坡堰塞坝的三维数值模型,采用Flow-3D软件对堰塞坝的自然泄流冲刷溃决过程进行模拟,分析泄流槽内的流速、冲淤变化特征以及下游溃口处的洪峰流量演变过程。模拟结果表明:堰塞坝漫顶冲刷可以划分为溃决冲刷前、溃口快速拓展阶段、洪峰时刻、溃口稳定发展阶段4个时间段;溃决泄流过程中,泄流槽斜坡道上的水流流速较大,冲刷深度最大,堰塞坝下游出现明显淤积;白格堰塞湖溃决过程中出现了明显的溯源侵蚀现象,在泄流槽不断下切的过程中,泄流槽跌坎不断向上游移动。模拟结果有助于进一步深化对金沙江"10·11"白格滑坡堰塞坝冲刷溃决过程和机理的认识,对于堰塞湖应急处置措施和科学避险方案的制定具有一定的参考价值。     

堰塞坝漫顶溃口流量变化过程的数值模拟

根据一般滑坡堰塞坝特点和实际观测到的堰塞坝溃口发展规律建立了一个溃口扩展模式,并将溃口扩展过程归纳为溃口垂直下切、横向扩展和坝坡溯源冲刷3种主要表现形式,采用通过试验资料建立的高强度泥沙冲刷计算公式将这3种表现方式联系在一起,建立了堰塞坝逐渐溃决数学模型,并利用实测溃坝资料验证了模型的可靠性.考虑到溃坝洪水计算的极大不确定性,本文对计算模型中的关键参数给定一定变幅范围进行计算,研究了其对计算结果的影响.研究结果表明,堰塞坝残留坝体高度和坝体物质抗冲性是影响溃坝流量的最重要因素,库容特性的影响相对较小.     

堰塞坝稳定性快速评估模型--以小岗剑(上)堰塞坝为例

为了对堰塞坝的稳定性快速作出定量评价,通过分析历史案例并进行相关性分析,选取堰塞坝坝长、坝宽、坝高、回水长度、库容量作为堰塞坝稳定性评价因素,并进行主成分分析。将单一变量按照主成分大小及权重进行组合,得到坝高因子,高宽比,水流冲击系数,湖面形状系数,坝体形状系数五个复合因素,在此基础上提出一种定量分析堰塞坝稳定性的快速评估模型,同时引入稳定性系数来反映堰塞坝的稳定程度,进行等级划分,并对汶川大地震中形成的小岗剑(上)堰塞坝应用模型进行评估。结果表明所提出的模型判定准确率达89.9%,可以为堰塞坝应急处理提供参考。小岗剑(上)堰塞坝判定为不稳定,需及时采取泄流措施避免灾害损失。     

堰塞坝及其溃决模拟研究评述

堰塞坝形成突然、危险性大,对下游人民生命财产安全、生态环境和社会经济形成巨大威胁,研究堰塞坝的溃决成灾机理与应急条件下的除险减灾方法,具有极其重要的科学价值和实际意义。结合国内外堰塞坝及其溃决相关内容的研究现状,评述了堰塞坝的形成过程和特征、溃决过程以及除险减灾等方面的研究进展,提出了未来堰塞坝及其溃决研究中需要重点关注的若干重大关键问题:1堰塞体形成过程中的土石料堆积分选机制;2强非恒定流、非均匀流下的输沙理论;3多机理耦合的溃口发展模型;4大尺度堰塞坝溃决实体模型试验;5如何降低除险减灾策略制定过程中的不确定性。