白龙江中游泥石流拦砂坝防治效果分析

为研究白龙江中游地区泥石流拦砂坝的防治效果,通过野外调查和实验分析,对该地区泥石流拦砂坝的运行现状以及拦砂坝对泥石流的调控效果进行了分析。结果表明:①该地区部分泥石流沟泥石流防治情况严峻,多条泥石流沟存在拦蓄库容不足、拦砂坝坝体破坏严重等问题;②通过对该地区拦砂坝上游泥石流回淤坡度的调查,拦砂坝有较好的回淤缓坡功能,并建立起该地区泥石流回淤坡度的经验公式,即I=(0.4~0.85)I₀;③通过对泥石流堆积物的颗粒组成进行实验分析,建立泥石流堆积物的平均粒径比、计算重度比来表征拦砂坝对泥石流的调控效果,拦砂坝对泥石流有较好的分选效果,但其拦排临界粒径尚难以准确确定,且其对泥石流堆积物的重度调节作用并不显著。最后,结合该地区拦砂坝出现的一些工程问题,提出了一些防治建议。研究成果可为该地区泥石流治理工程的修建提供一定的参考。     

不同上限粒径泥石流浆体的流变参数变化规律

根据云南东川蒋家沟黏性泥石流原样颗分资料,利用泥石流堆积物配置4个黏性泥石流原样对应的上限粒径分别为0.25、1、2、5和10 mm的浆体,通过球系统开展流变试验,利用Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,研究较粗的颗粒加入细颗粒浆体后流变参数的变化规律。结果表明各样品均表现为剪切稀化流体,粗颗粒加入细颗粒浆体后浆体屈服应力增加,剪切稀化程度减弱;同样颗粒级配下,浆体的屈服应力随固体体积浓度指数增加。由于流动性指数的变化,粗颗粒加入后浆体稠度指数的变化没有明显规律,但是表观黏度增加,增幅略小于屈服应力的增幅。粗颗粒浆体与细颗粒浆体的相对黏度和相对屈服应力之间存在显著的线性关系,可根据该关系式对泥石流原样的表观黏度进行估算。     

天然泥石流剪切应变特性试验研究

泥石流流变性质与泥石流动力特性密切相关,对泥石流流变的研究是目前地质灾害领域研究的热点之一。采用安东帕第三代Physica MCR301流变仪对粒径在1 mm以下的泥石流堆积扇原样浆体进行测试,通过开展多组试验,研究了泥石流重度、剪切速率、加载方式等因素对泥石流流变性质的影响。结果表明:低重度泥石流体流变曲线呈现对数型关系,高重度泥石流体呈现指数增长关系;同种级配、同种剪切速率下,泥石流剪切应力与加载方式变化不大。     

黏性泥石流浆体对拦砂坝冲击规律研究

泥石流冲击力是拦砂坝发生冲击破坏的主要原因,研究泥石流对拦砂坝的冲击力,可为防止拦砂坝发生冲击破坏及拦砂坝结构优化设计提供数据和技术支撑。影响泥石流冲击力的因素众多且各因素影响程度不同,选取泥石流浆体容重、排导槽坡度、排导槽进口泥深3个主要因素进行了敏感性分析;分别对3个因素设立3个水平,运用正交试验设计原理,确立9组试验方案,分别进行数值模拟,以关键点泥石流最大冲击力为评价指标,基于试验结果,运用极差分析和方差分析对以上因素进行了分析;对泥石流浆体及块石冲击作用下拦砂坝的动力响应进行了相关数值模拟。结果表明:排导槽坡度为影响冲击力大小最显著的因素,其次为排导槽进口泥深、泥石流容重;泥石流浆体会对整个坝体产生冲击作用,而块石仅对坝体局部产生影响。     

不同正压力下钙质砂颗粒剪切破碎特性分析

钙质砂受力后易产生颗粒破碎,从而使其力学性质发生变化。对取自我国南沙某岛礁的钙质砂样进行了不同正压力下的直剪试验。分析了钙质砂颗粒剪切破碎特性,并就不同试验压力下剪切后钙质砂样的颗粒破碎程度通过筛分试验进行了粒径级配分析。结果表明,在不同正压力下进行直剪试验,钙质砂存在一定的颗粒破碎现象,随着正压力增大,颗粒破碎越来越严重;由于钙质砂颗粒破碎的影响,剪切后钙质砂的颗粒级配性质发生改变,随正压力增大钙质砂由级配良好逐渐变得级配不良。钙质砂直剪试验强度包络线为峰值强度包络线,而非残余强度包络线。钙质砂残余强度的摩擦角数值等于或接近砂的天然休止角。从工程安全角度考虑,选用钙质砂的内摩擦角应等于或接近天然休止角。     

基于SPH的泥石流重力式拦砂坝削峰效应研究

拦砂坝削峰效应是衡量拦砂坝防治效益的一个重要指标。为研究泥石流重力式拦砂坝的削峰效果,利用SPH建立三维模型,对比分析数值模拟与物理试验两种不同方法的模拟结果,论证SPH模型的可用性;并以四川省绵竹市清平乡文家沟为例,估算不同泥石流事件下拦砂坝对过坝泥石流的削峰比例。研究结果表明:泥石流削峰效应受总库比和泥石流重度的影响,削峰率与总库比呈对数关系,与泥石流重度呈线性关系;在数值模拟结果与物理试验结果的对比中,两种方法的相对误差均值为12%,采用SPH模型研究泥石流削峰效应可行;对文家沟泥石流事件进行削峰分析时,获得了近年来文家沟泥石流的削峰率均值为53%,较好地量化了拦砂坝对泥石流的削峰效应。     

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。     

颗粒级配对砂泥岩混合料抗剪特性影响分析

颗粒级配对砂泥岩混合料抗剪强度存在重要影响,而级配方程用于散体材料颗粒组成的参数化。基于级配方程参数m和b,配制5种土料做直剪试验,得到了砂泥岩混合料峰值剪应力,并计算了抗剪强度指标粘聚力和内摩擦角。试验和理论推导表明,砂泥岩混合料内部存在同质和异质两种类型颗粒接触模式,母岩强度差异是导致两种颗粒接触模式不同发展演化路径的内在原因。砂泥岩混合料归一化粘聚力和内摩擦角与级配参数mb呈线性函数关系,为拓展砂泥岩混合料应用提供了依据。     

浅谈粗粒土的室内大剪试验

山东省除险加固的心墙砂壳坝水库,一般存在上、下游砂壳坝坡抗滑和抗震稳定不满足要求的问题,设计一般采取坝壳重新换料压实回填的工程处理措施。多数山区水库河流冲积成因的较纯净粗砂坝壳料缺乏,一般常就近取材,采用花岗岩类风化物作为坝壳料,其颗粒成分以粒径大于2mm为主的粗粒土,不能采用常规的剪切试验方法获得抗剪强度指标,需要对其进行大剪试验。1试验概述大剪试验是粗粒土直接剪切试验的俗称,主要包括快剪和固结快剪两种方法。大剪试验相对细粒土的剪切试验而言,存在更复杂性、不易操作性和难以控制性,试验材料需要数千千克。一般试…     

土体力学特性尺度效应的三轴抗剪试验分析

土体的物理力学特性受到颗粒尺度及其级配的强烈影响,具有显著的颗粒尺度效应。文中采用天然黏土和商品石英砂,制备具有不同颗粒粒径和体分比的一系列三轴抗剪试样,通过不固结不排水和固结不排水三轴抗剪试验,测得了应力应变关系曲线以及剪应力屈服强度,基于试验结果对土体力学特性的颗粒尺度效应进行分析;同时,引入胞元土体模型,对土体力学特性颗粒尺度效应的物理机制进行解释。实验结果表明,随着土体中砂粒体分比增加和粒径的减小,土体的变形特性明显增强,其剪应力屈服强度也随之显著提高;砂粒的体分比对变形和强度颗粒尺度效应的影响比粒径的影响更为显著;胞元土体模型解释了实验结果的颗粒尺度效应的物理机制。     

泥石流沟危险度定量评价研究——以白龙江陇南两河口镇至桔柑乡段为例

泥石流的危险度是认识、防控泥石流的重要因素,针对反映泥石流危险度的特征函数进行分析,运用量纲分析方法,建立了基于泥石流势能的单沟危险度计算模型。同时考虑到防治工程的减危效果,增加了拦砂坝和排导槽对泥石流的拦挡排疏功能来修正模型,并以白龙江陇南两河口镇至桔柑乡段138条泥石流沟为例来验证模型的有效性,得到了研究区域单沟泥石流危险度值。结果表明:修正模型能计算增加防治工程后单沟泥石流的危险度,具有较好的实用性;沿白龙江流域的泥石流沟中,极高危险区占研究区范围的17.39%,高度危险区占研究区范围的21.74%,且危险区大多集中于白龙江北岸,计算值与野外实际情况基本吻合;然而由于防治工程减危值受历史条件的影响,对于极高危险区的泥石流沟,应及时做好防范。     

杨房沟水电站上铺子沟泥石流治理工程设计

上铺子沟位于杨房沟水电站坝址下游约2.6 km,为沟谷降雨型低频大型黏性泥石流沟。沟水及泥石流发育规模均较大,沟内布置有弃渣场,总量达1 150万m3,该沟的泥石流防治对电站的建设运行有重要影响。根据该工程地形地质及泥石流特点,确定"以排为主,拦粗排细"的设计理念,采用沟水截排处理和泥石流防护相结合的防护方案,布设格栅拦挡坝、挡水坝以及排导槽等设施,简化了施工难度,确保了上铺子沟弃渣场在施工期及运行期的安全。     

震后白沙河、龙溪河流域泥石流灾害治理效果分析——以四川都江堰市三合场沟为例

"5·12"汶川特大地震后,龙溪、白沙河流域泥石流灾害频发,为更好地防治这两个流域的泥石流灾害,评估已有泥石流防治工程的治理效果具有重要意义。三合场沟位于地震重灾区四川省都江堰市虹口乡,地震引发沟内山体发生了大规模的滑坡和崩塌,为泥石流的发育提供了丰富的物质基础。在对三合场泥石流沟流域现场调查及对该沟"稳+拦"泥石流灾害治理模式研究的基础上,分析了该沟防治工程的治理效果。结果表明:该工程采取的以拦挡为主的治理措施并未取得预期的防治效果和使用寿命。针对防治工程的治理现状和震后三合场泥石流沟的特点,指出了其存在的问题,并建议在该流域治理泥石流灾害时采取以排导工程为主,生物措施与工程措施相结合的防治工程体系。     

白龙江流域泥石流沟形态的非线性特征

泥石流的活动是流域演化的一种非线性动力过程 ,它的表象决定了泥石流沟具有非线性性。为此 ,从影响泥石流发育动力因素的地形条件入手 ,利用分形理论的统计自相似对白龙江流域泥石流沟数的累积分布随动力因素变化进行分析 ,得到了比较满意的结果。为进一步研究白龙江流域甚至嘉陵江流域的泥石流都具有重要指导作用。     

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。     

新疆阿合奇县牙尔巴西沟泥石流特征与防治

以2010年9月19日新疆阿合奇县牙尔巴西沟泥石流为例,通过现场勘查和室内计算,分析了该泥石流特征并对其形成机理进行了研究。针对该区域的泥石流物源特征和下游沟道淤积的特点,提出了"拦挡+停淤"的治理方案,主要包括修建拦砂坝和停淤场等防护措施。研究结果可为新疆南麓区域泥石流的分析与防治提供参考。     

磨西河流域泥石流发育特征及其环境响应分析

磨西河流域是我国西南典型的强震区和冰川泥石流的集中发育区,且泥石流的发育和发生均表现出了与冰川冰碛、构造运动强度及气候环境相关的响应特征。为探索研究区内泥石流沟的发育及其对环境变化的响应,应用地貌演化及系统理论方法,在分析流域内泥石流发育对环境响应（主要包括对冰川环境变化、气候环境变化和构造运动环境的响应）特征的基础上,对其响应模式进行了探讨。结果表明,流域内泥石流对冰川环境变化的响应主要表现为泥石流暴发的规模与冰川规模呈正对应关系;对气候环境变化的响应主要表现为气候变暖时期泥石流发生的频率高,气候寒冷时期泥石流暴发的频率较低;对构造运动的响应主要表现为泥石流的空间分布密度与构造运动强度呈正对应关系。     

乌东德水电站猪拱地沟泥石流特性与防治对策

乌东德水电站坝址区受多条泥石流沟的威胁,为避免泥石流灾害带来巨大损失,制定有效的防治对策对工程建设具有重要意义。基于野外调查和室内模型试验,对猪拱地沟泥石流静动力特性进行了分析,结合特殊的地形、地质条件以及工程布置,制定了防治对策。此外,还对猪拱地沟的泥石流防治效果进行了跟踪评价。结果表明:拦挡坝能够有效阻止大颗粒固体物质参与泥石流活动,可减轻上游沟道的冲刷程度;停淤场使部分小颗粒固体物质停留,最终只有少量的固体物质和洪水通过排导槽下泄;“V”形排导槽具有立体束流特点,排导效果显著;排导槽出口位于坚硬的基岩,抗冲刷能力较强,有利于排导槽的稳定。“拦挡、停淤、排导”防治体系效果良好,对今后泥石流防治对策具有借鉴意义。