粘性泥石流流速计算方法

泥石流流速是泥石流动力学分析中最为重要的参数,以曼宁公式为原型的泥石流流速计算公式正被广泛的用于泥石流动力学分析及工程防治设计.然而由于曼宁公式中,对糙率系数的选取带有很强的主观因素,从而导致曼宁公式的泥石流流速计算值与实际相差甚远.本文首先较为全面地分析了影响曼宁糙率系数的6方面因素,并将这6方面的因素归结为外部沟道边界条件和粘性泥石流流体内部特征两大方面;然后基于上述分析分别构建了关于泥石流外部糙率和内部糙率的具有明确物理意义的无量纲综合影响因子,从而提出了粘性泥石流综合糙率系数的数学表达式;接着以东川泥石流观测站的21组观测数据对待定参数进行了率定,从而提出了粘性泥石流综合糙率系数的计算表达式,并将公式计算结果与实测数据进行了比较,结果令人满意;最后以综合糙率系数表达式完善了粘性泥石流流速计算公式.     

基于动量守恒的粘性泥石流冲击力计算

目前针对泥石流冲击压力的计算公式均假定泥石流体为连续流体。粘性泥石流的主要流动形式为阵流,其流速和密度的变化规律,目前尚未清楚,采用现有公式误差较大。本文基于动量守恒原理,引入泥石流体微元概念,推导出泥石流冲击力计算公式;采用Hilbert变换这种数字滤波方法对实测的冲击作用信息进行信号处理后,计算出公式所需参量。     

粘性泥石流的输沙浓度与运动速度

作者通过泥石流运动机理分析，并引用我国粘性泥石流流速的野外实测资料统计，得到能反映泥石流特性的粘性泥流速度公式，这一结果通过我国西南地区各粘性泥石流沟的实测资料检验，表明具有一定的实用价值。     

粘性泥石流运动流速与流量计算

粘性泥石流作为最常见的一种泥石流，普遍存在于固体物质组成松散、降雨持续集中的陡峻山区。作者首先对现有的粘性泥石流运动速度的有关成果进行扼要评述。根据曼宁公式的结构形式，通过对大量泥石流沟的实测资料进行统计分析，得出涉及参数较为全面、具有一定普遍意义的粘性泥石流运动速度公式，经验表明该公式的可靠度令人满意，据此提出粘性泥石流的流量公式及其计算方法，从而为泥石流灾害治理工程规划设计提供了科学依据。     

粘性泥石流的泥深与残留层关系及其确定

粘性泥石流泥深是否包括残留层，一直存在着是与否二种观点和相应的二种观测值，其中大多数观测值不包括残留层。通过观测和试验，尤其原型观测表明，在后继粘性泥石流作用下，除底部很薄的一层不动外，残留层是运动的，泥深应该包含残留层厚度，对过去不包括残留层的泥深观测值应予更正，但各泥石流观测站过去均没有残留层及其不动层厚度的观测值。为此作者提出了用当时均有观测值的泥石流容重和沟床比降等计算残留层厚度的方法，以及不动层的处理意见，以确定当时泥深，使宝贵的观测值可继续应用。     

大连地区降雨产流模型探讨

大连地区属低山丘陵地区，多年平均降水量为600～1000mm，降水年内分布极不均匀，多年平均径流深200～450mm，属贫水地区．在水文预报中，降雨产流模型为蓄满产流模型，采用降水、蓄渗、蒸散发和径流的黑箱子模型，可求出流域的蓄渗量、蒸散发量和径流量．蓄渗量和蒸散发量由三层蒸散发模型确定，径流量由蓄满产流模型确定．该模型已在大连地区几座大型水库的洪水预报中得到应用，基本可达到水库控制运用的要求．     

二维非恒定粘性泥石流运动堆积的数值模拟

以结构二相流模型为基础,建立了二维粘性泥石流运动堆积的数学模型。模型采用三角网格的有限差分方法,具有计算效率高、边界处理精度高的优点。针对粘性泥石流运动速度快、龙头部位前缘坡度陡的特性,简述了计算中的动边界处理及泥石流停积条件的处理方法。以云南东川蒋家沟泥石流堆积试验为例,模拟了不同来流补给量下粘性泥石流的运动堆积过程。     

天然坝溃块的泥石流形成机理及其数学模型

据资料统计，因滑坡、斜面崩塌及支沟泥石流堵江而形成的天然坝，其中９０％以上的都在一年之内溃决，给下游造成严重的泥石流、洪水灾害。因溃决过程的不同，其形成的泥石流、洪水规模和灾害程度各异。本文通过理论分析和水槽试验研究；探讨了天然坝的溃决过程及泥石流的形成机理。根据上游蓄水对坝体的作用方式及溃决时的形态特征将其溃坝过程分为：（ａ）溢流侵蚀型（ＴＹＰＥ １：Ｅｒｏｓｉｏｎ ｂｙ Ｏｖｅｒｔｏｐｐｉｎｇ     

黏性泥石流沟床冲刷深度试验研究

黏性泥石流冲刷沟床,会导致建筑物构筑物基础失稳,从而毁坏工程设施.本文通过室内水槽试验探究黏性泥石流沟床冲刷深度规律.试验结果表明:黏性泥石流沟床冲刷深度主要受沟床坡度、泥石流容重以及沟床物质容重的影响;黏性泥石流冲刷沟床的深度与沟床坡度成正相关,与泥石流容重或沟床物质容重成负相关;沟床平均冲刷深度与沟床坡度成线性正比关系,与泥石流容重成线性反比关系,与沟床物质容重的自然对数成线性反比关系.最后,分析得到黏性泥石流沟床平均冲刷深度经验公式.     

影响非黏性岸滩稳定坡度的机理研究

本文从稳定岸滩上非黏性颗粒在静水与动水中的受力分析出发,主要考虑颗粒物理特性及水流条件的影响,分析研究了岸坡稳定的机理,建立了动水中的岸滩稳定坡度与近底流速、颗粒粒径以及容重的函数关系式。基于不同情况下多组次的水槽试验结果,使用最小二乘法拟合出岸滩稳定坡度的经验表达式。试验结果及拟合出的公式反映了动水中非黏性颗粒组成的岸滩稳定坡度小于静水中的岸滩稳定坡度并随近底流速增大而减小以及随粒径增大而增大的规律。研究成果可以初步预测水流条件变化后河岸变形。     

泥石流浆体屈服应力的计算方法

大量试验资料表明，泥石流浆体具有屈服应力，很多研究成果表明，浆体屈服应力由两部分组成，即网格结构的联结力和沙粒间的摩擦力，本文以颗粒电化学理论为基础，从理论上导出这两部分的表达式，得到浆体屈服应力公式，并用试验资料进行了验证。     

基于能量耗损原理的泥石流分界粒径确定方法

本文以泥石流固相与液相的能坡损失之和来表达泥石流运动能量耗损总值,并基于最小能耗原理提出了泥石流固、液两相分界粒径的确定方法.通过在云南蒋家沟实施6组现场泥石流模拟试验,结果表明试验沟道的泥石流分界粒径处在5～6mm之间,与前人成果基本相符,同时分析了分界粒径与最小能量耗损和容重之间的变化规律,即分界粒径随着最小能坡损失和容重的增加而呈缓慢的增大趋势等,为建立了非均质黏性泥石流动力学模型奠定了基础.     

汶川震区的坡面泥石流调查研究

汶川地震造成的大量崩塌、滑坡和颗粒侵蚀堆积体,为泥石流提供了丰富的松散物质来源。在过去的两年内暴雨引发大量的坡面泥石流,对山区公路和河流造成危害尤为严重。坡面泥石流是一种发生在有碎屑堆积物的陡坡上,由降雨引发的高浓度碎屑与水的混合物沿坡面运动的现象。本文作者通过野外调查和测量,得到19个坡面泥石流的降雨量、形成与堆积坡度、颗粒级配等数据,并估算得到坡面泥石流的行进速度。研究发现降雨是震区坡面泥石流爆发的决定性因素,当代表日降雨量超过20mm/d就可能引发坡面泥石流;当代表日降雨量超过30mm/d,坡面泥石流就可能群发;当代表日降雨量超过90mm/d,震区就会大量爆发坡面泥石流。坡面泥石流形成坡度和堆积坡度很大,构成颗粒较粗。此外,震区频发的坡面泥石流是两相泥石流,水体成稀泥浆在运动中主要是润滑体而不是承载体。坡面泥石流运动距离只有几米到几十米。由于固体颗粒运动中剧烈碰撞消耗了大部分能量,运动速度很小。建排水系统和发育植被可以最终控制坡面泥石流。     

黏土矿物对泥石流体屈服应力影响的实验研究

一般情况下,泥石流体屈服应力随着泥沙颗粒体积浓度的增大而增大,同时随着黏粒黏性的增强而增强。在此研究基础上,以泥石流体屈服应力为研究目标,选取了蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭土等4种常见的黏土矿物为研究对象,通过改变泥石流体中泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物成分及黏粒重量百分含量得出:1一般情况下,黏土成份对泥石流体屈服应力影响的强弱关系依次为蒙脱石伊利石绿泥石高岭土。2泥沙颗粒体积浓度和黏粒百分含量对泥石流体屈服应力的影响呈指数关系。3综合分析泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物成份、黏粒百分含量与屈服应力的关系后获得了黏土矿物下屈服应力的关系式。4用野外调查资料验证了上述泥石流屈服应力与泥沙颗粒体积浓度、黏土矿物的关系,具有一定的准确性。     

基于WebGIS的泥石流预警系统构建

泥石流预警系统由泥石流监野外测网络和监测预警平台构成.野外监测网络根据泥石流形成和运动特点,使用泥位计、雨量计、视频探头组成对泥石流沟谷进行实时监测.泥石流发生时,野外监测网络通过无线网络将监控数据传输到监控中心,中心平台软件对数据分析后发出预警信息.监测预警平台软件采用基于WebGIS的平台和大型关系数据库开发完成,并集成了泥石流预警模型.该系统建成后将会提高当前泥石流预警的准确性,并可协助减轻泥石流灾害带来的生命和财产的损失.