泥石流沟岸耦合三维数值仿真

泥石流具有强烈的破坏作用,泥石流与沟岸耦合作用导致岸坡破坏是山区沿河公路发生泥石流毁损的根本原因.在天山公路泥石流K630模型试验的基础上,基于流固耦合基本理论,采用三维数值仿真的方法,利用k-ε模型对泥石流沟岸耦合机理进行了仿真,得到了流体域与固体域的耦合云图与矢量场.通过对流体压力梯度场和应力场、速度场的分析,得到了泥石流沟岸耦合三维链式冲击作用规律.通过实体模型试验分析显示,三维数值仿真与试验实测规律吻合较好.     

汶川震区桃关沟泥石流都汶高速段动力学特征数值模拟

针对2013年“7.10”桃关沟泥石流对沟口段都汶高速等建筑造成的冲击淤埋问题,通过现场调查泥石流形成条件和发育特征,采用雨洪法计算确定了泥石流的相关运动学参数,利用大型计算流体动力学软件CFX模拟再现了“7.10”泥石流泛滥过程,得到了泥石流通过研究区过程中流速、流量等动力学参数变化情况及相应的危险区范围,分析了泥石流速度场分布及其对沿沟建筑物的影响。重点研究了泥石流对都汶高速桥梁段桥墩的冲击力及危害性,模拟结果与规范公式计算得到的整体冲击力误差仅为5.8%。     

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.     

泥石流固相在浆体中沉降规律研究

基于大量试验观察及数据分析研究,揭示了泥石流固相在浆体中的沉降规律。研究影响固相在泥石流浆体中沉降的三个主要因素,分析了各个因素影响泥石流固相沉降的根本原因。泥石流固相在浆体中沉降过程中可分为三个阶段,首先为初始阶段,继而为快速沉降阶段,最后呈减速沉积阶段,并对各个阶段的沉降过程作了详细的分析。其中浆体粘度、固相质量和附加孔隙压力对固相在泥石流浆体中的沉降规律存在着至关重要的影响。     

泥石流冲击力研究

泥石流冲击力是许多工程结构破坏的主要因素，但泥石流冲击力的计算还未有适当的方式。本文通过对泥石流冲击力实测资料的分析和处理，得到了泥石流冲击力频谱特性曲线，并利用此曲线阐明了泥石流工程结构设计中如何计算冲击力的问题。     

泥石流数值模拟方法研究进展

泥石流作为一种多相混合介质,所包含的物理过程和动力学特征非常复杂。针对泥石流问题的数值模拟方法随着数值计算方法和物理计算模型的发展而发展,基于物理过程的数值模拟方法为探究泥石流复杂物理现象背后的机理提供了一种有效手段。回顾了求解泥石流动力问题的数值模拟方法,从连续介质计算方法、离散介质计算方法和混合介质计算方法3个方面分析了不同数值模拟方法的特点和适用情况,介绍了在泥石流分析中常用的数值模拟软件及其特点,展望了求解泥石流动力学问题的数值模拟方法的发展趋势。结果表明:传统的基于网格的计算方法已有长足发展和较长的应用历史,相对比较成熟,但是在处理大变形、快速运移的自由表面流问题时,存在网格容易畸变等问题;基于粒子的计算方法在处理上述问题时无需网格的划分和维护,易于确定自由表面位置和多相间的界面,但存在边界条件处理困难等问题;混合介质计算方法在较小尺度范围内对固体颗粒物质与液相相互作用机理进行探讨时具有重要作用。     

沟道泥流溃决式运动堆积过程二维数值试验

泥石流演化过程由于受其复杂运动特性的影响，还无法建立一个通用且有效的数值模拟方法。针对沟道泥流演化特性，以溃决式运动模化沟道泥流运动堆积过程。通过简单的数值算例，假定泥石沟床比降6％，沟道长100m，沟宽20m，网格大小为△x=1．0m，△y=1．0m，时间步长△t=0．58。假定来流为指数衰减模式，数值试验结果表明泥流堆积过程具有较为明显的龙头衰减过程，头部流速较大，泥深沿程呈现小一大一小的分布，且有较长的拖尾衰减现象。     

平面Poisseuille流动数值模拟方法的改进

改进了二维Navier－Stokes方程的谱方法求解过程．对于其中的四阶常微分方程研究出一种较有效的求解方法，既保证了相当高的精度，又有较快的求解速度．我们采用此方法计算了Tollmien-Schlichting波的发展过程．数值结果与理论值基本一致，证明该方法是行之有效的．     

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.     

Flume Experiment on Stream Blockage by the Debris Flow From Tributary

Stream blockage by the debris flow from tributary valleys is a common phenomenon in mountainous area,which takes place when large quantities of sediment transported by debris flow reaches a river channel causing its complete or partial blockage.The dam formed by debris flow may causes upstream and downstream flooding,and presents great threat to people and property.Because of the catastrophic influence on people and property,debris-flow dam has attracted many attentions from the researchers and local administration.But,lit- tle attention has been given to the quantitative interrelationships of the potential influential factors.In this pa- per,the interrelationships of important influential factors caused the stream blockage by debris flow were ana- lyzed through flume experiment,and a model to predict the blockage was presented.     

泥石流颗粒的标度分布

大多数泥石流由宽粒径颗粒组成,粒径介于10-3～102 mm.通常以个别特殊粒径(如D10、D30 、D50等)或其组合(如均匀系数、曲率系数等)来刻画颗分的性质,但这些都是经验性参数,没有明确的物理意义,也不能确定颗分曲线的函数形式.选取蒋家沟典型黏性泥石流流体样本和国内各泥石流多发区泥石流堆积土体样本,通过粒度分析,运用Matlab和函数逼近方法,发现泥石流颗粒普遍满足一种标度分布:P(D)=CD-μexp(-D/Dc),因而颗分性质可以用自然参数μ和Dc来刻画.μ刻画了土体在自然状态下的孔隙度,Dc是一个特征粒径,代表颗粒组成的范围.根据蒋家沟大量泥石流样本发现,μ＜0.10,而对高容重泥石流,μ＜ 0.05.泥石流容重随Dc呈幂函数增长,Dc从而刻画了泥石流的输移能力.由此确立了分布参数与泥石流性质的关系,并将其用于汶川震区泥石流的评估.     

砾粒质量分数对泥石流启动影响的试验研究

泥石流形成过程复杂,所以泥石流启动受很多因素的影响.太行山区泥石流中砾粒质量分数较高,即以太行山区泥石流为原型,在室内进行人工模拟泥石流的试验,分析在坡度一定的情况下,土体中砾粒质量分数对泥石流启动的影响.通过筛分,配成5组不同砾粒质量分数的土体(分别为65%,70%,75%,80%,85%),对不同砾粒质量分数土体的启动流量进行分析.试验结果表明:砾粒质量分数高的土体启动流量大;砾粒质量分数不同,泥石流暴发形式也不同;砾粒质量分数为65%,70%的土体,伴随着表面出水,土体整体突然垮塌形成泥石流;砾粒质量分数为75%,80%和85%的土体,在整体垮塌前,总是伴有局部的塌陷和表面径流.研究结果可为太行山区泥石流的防治提供理论依据.     

桩群阻力测试的研究

为解决工程实际桩基码头与桥墩的水流绕流阻力计算问题,通过测力设备对桩柱进行了阻力测试研究,完善和发展了桩柱水流绕流阻力特性及其计算方面的理论,并指出了由于试验条件的限制所导致的研究余漏与有待完善之处及以后科研努力的方向.     

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.     

新疆克孜河泥石流天然坝体溃决模拟分析

分别采用瞬时溃决模型和逐步溃决模型对新疆克孜河泥石流天然坝的溃决洪峰流量及其向下游的演进情况进行了模拟分析,结果表明：瞬时渍决模型的计算结果与实测溃坝洪峰流量偏差较大,而逐步溃决模型的计算结果则接近实测值;采用逐步溃决模型计算时,计算时段的取值及溃口流量系数的取值对计算结果有一定的影响．     

泥石流危险性研究现状与发展趋势分析

泥石流灾害是一种常见的地质灾害,对其研究的核心问题是对泥石流危险性的评价．本文就其单沟预测方法与区域预测方法进行归纳和总结,并对其存在的不足进行分析,在此基础上就其发展方向及需要进一步完善的问题进行探索．     

泥石流模型试验相似律分析

泥石流模型试验研究是泥石流运动特性及其工程应用的一种重要方法,由于其试验相似比尺条件研究较少,目前还没有成熟的相似律。为此,在较全面分析泥石流运动特性的基础上,结合它与挟沙水流的相似性,认为稀性泥石流可参考一般挟沙水流,而粘性泥石流应以高含沙泥浆为基础,进而提出了不同类别泥石流模型试验相似条件,其适应性有待于进上步试验分析验证。     

“阶梯+消力墩”型排导槽调控泥石流性能研究

排导槽在泥石流减灾防灾中扮演着重要角色,但以往的排导槽难以解决近些年出现的大比降沟道泥石流灾害治理难题,为此,提出了一种新型“阶梯+消力墩”排导槽以期解决这一难题。通过水槽实验,从泥石流流态、密度、颗粒粒径、泥深、速度和冲击力等方面评估该三种消力墩体型(正方形、梯形和三角形)排导槽调控泥石流的效果。结果表明,泥石流在排导槽内呈现波状流态,消力墩把泥石流挑向空中,虽然对泥深产生了放大效应(正方形消力墩放大效果最明显,梯形消力墩放大效应最弱),但可以显著降低泥石流流速。泥石流经过“阶梯+消力墩”结构的调控后,在出口处的密度有所降低、固相颗粒粒径减小,且梯形消力墩表现出最强的拦粗排细能力。梯形消力墩上承受的冲击压强大于三角形消力墩上的冲击压强,第一个消力墩上冲击压强最大的体型为正方形消力墩体型,而第二、三个消力墩上冲击压强最大的体型则为梯形消力墩体型。     

Theoretical Study on the Confluence of Debris Flow and the Main River

Because of the high momentum of debris flow,when it confluences with the Main River,the water level in the upstream of the conjunction point will increase and a portion of sediment will deposit in the con- junction area.The discharge of downstream will be less then the summation discharge of main river and side channel,and the density of downstream will be difference from both the density of the fluid of main river and tributary.Based on momentum theory,and with the transport coefficient and deposit coefficient,the water ris- ing and sediment depositition characteristic within the conjunction area are studied.An equation that expressed by Froude number is deduced,which can reflect the hydraulic relation and confluence characteristic in the confluence area after the confluence of main river and side channel.The equation is verified with experiment data.The result shows that,if the parameters are used correctly,the calculation value is coincide with the one get from experiment.     

新疆大石峡水电站厂址区泥石流危险性评价

以大石峡水电站厂址区附近泥石流为例,在地质调查的基础上,分析泥石流形成机理及基本特征,结合室内试验,采用相关规范和经验公式,得出泥石流的流速、流量、规模等各项参数,结合各项参数对泥石流的危险性进行评价,最后提出了对该水电站厂址区泥石流的防治措施.