非均质泥石流起动判别关系式

在我国西部山区每年汛期发生不同程度的泥石流灾害,认识非均质泥石流(又称黏性泥石流)的形成机理,判识泥石流的发生条件是准确预测预报泥石流的基础。本文通过48组正交的水槽实验,模拟非均质泥石流形成的动力过程,分析相关起动因子的量化关系。基于泥沙运动力学理论,将Shields数(又称希尔兹数)列为判识泥石流固体颗粒起动的重要参数,分析非均质系数(颗粒铺设方式)、水流量等水沙因子对泥石流起动的响应关系。进一步从泥沙颗粒的受力角度,以水流剪切力与颗粒起动临界剪切力的比值(即起动判别式)作为表征泥石流颗粒起动的参数(其值大于1时表示泥石流颗粒处于起动状态),分别应用Shields起动拖曳力曲线的整体拟合公式和分段拟合公式两种形式,初步建立了非均质泥石流颗粒起动判别式。通过应用蒋家沟实测资料进行验证,表明以Shields起动拖曳力曲线的整体拟合公式得出的起动判别式误差较小,可以应用于泥石流起动条件与致灾临界条件的判识,对我国泥石流防灾减灾具有重要参考价值。     

溃坝泥石流起动过程及其动力学特征

溃坝泥石流是由于滑坡、地震等自然灾害或不当的人为堆土弃渣产生大量固体物质淤堵沟道或河流后,在遭遇暴雨或汇流冲刷作用下致使淤堵体突然溃决而形成的一种特殊固液两相流。本文采用自制泥石流模拟变坡水槽,实施了24组溃坝泥石流模拟实验,按照溃决方式和相对剪切力将溃坝泥石流划分为局部型和整体型两类,并分析了这两类溃坝型泥石流的成因,揭示其在起动过程中孔隙水压和水沙因子动力学特征。结果表明,小流量、小坡度下更容易形成局部溃坝型泥石流,否则更容易形成整体溃坝型泥石流,而且后者相对剪切驱动力大于前者,研究成果对于溃坝泥石流防治工程的规划设计以及提高泥石流防灾减灾水平具有重要意义。     

不同坡度条件下非均质泥石流堆积过程与特征

陡峻的地形、大量松散的固体物质条件、短时强降水构成了泥石流发生的三大要素,同时也是直接影响泥石流堆积数量与规模的重要因素。通过改变泥石流流通区、堆积区不同区段的坡度对非均质泥石流堆积过程进行室内模拟实验,探究流通区、堆积区不同坡度条件下非均质泥石流的堆积厚度、面积等特征值的变化特征,即随着流通区坡度增大,泥石流堆积厚度减少,而堆积面积和体积均增大,并进一步建立了不同坡度因子与泥石流堆积数量之间的关系,为预测不同坡度地形条件下泥石流堆积规模提供科学依据。     

非均质泥石流堆积过程粒度与粒序分布特征

以非均质泥石流为研究对象,通过实施云南东川蒋家沟泥石流堆积过程现场模拟实验,首先分析非均质泥石流堆积物颗粒级配组成的平面变化特点,即容重较低的稀性泥石流堆积扇两侧及前缘细颗粒较多,而容重较高的黏性泥石流堆积扇的两侧及前缘粗颗粒较多,并得出非均质泥石流堆积物中值粒径随泥石流容重减小而降低的结果;在此基础上,进一步分析泥石流堆积物垂向粒序分布特征,结果表明蒋家沟泥石流容重较小时泥石流堆积物颗粒垂向呈现正粒序分布,否则呈现反粒序分布或混杂粒序分布。本文研究成果对下一阶段建立泥石流堆积动力学模型及预测堆积成灾规模奠定了基础。     

客基沟泥石流形成条件与动力特征

客基沟为一老泥石流沟,受汶川地震的影响,沟内存在大量松散固体物质,潜在危害性大。在分析流域概况及泥石流形成区、流通区和堆积区基本特征的基础上,对客基沟形成泥石流的地形、水源、物源三个基本条件进行深入论述,分析计算泥石流的重度、流速、流量、固体冲出量、冲压力等动力学参数,预测客基沟泥石流发生几率较大,暴发类型属中型暴雨型稀性沟谷泥石流。     

非均质泥石流泥位特征值计算方法

以非均质泥石流分界粒径模型和固液两相运动模型为基础,结合应用推理公式法和配方法计算泥石流流量,提出了非均质泥石流泥位特征值的计算方法。以长江上游水土保持重点治理区泥石流监测预警重点示范点四川省宁南县史家沟泥石流为例进行计算,结果表明当泥石流容重为1.80t/m3时,史家沟10年一遇的泥位特征值最小;当泥石流容重为2.20t/m3时,史家沟百年一遇的泥位特征值达到最大,进一步将泥位特征值计算结果与监测断面相匹配和检验分析,表明该泥位特征值计算方法是可靠的,从而为山洪泥石流防治工程规划设计和研发泥石流灾害监测预警系统提供技术支撑。     

泥石流运动特征及动力学特征分析

泥石流的危害主要包括对城镇、建筑、工厂等带来毁灭性的破坏，同时威胁人身以及畜牧的生命安全，因此，加强泥石流的预防、治理工作成为了各地政府日常工作的重中之重。针对贵州省望谟县灾后重建工程结合泥石流产生的重度、流量、速度等运动特征和动力特征以及拦渣坝进行简要分析和探讨，提出初步解决措施，从而最大限度的保护泥石流易发区域群众的人身财产安全。     

多支沟泥石流形成特征及防治

温泉县孟克沟流域由1条主沟及4条主要支沟构成,具有发育数量较多、规模较小、泥石流发生频率较多的特征.流域平面形态呈漏斗状,地势总体南西高北东低,沟槽横断面呈"V-U"字型.降水主要集中于每年的5—9月,强降水在短时间内汇聚成地表径流,并与沟谷中松散碎屑物质共同运动形成水石流.泥石流主沟侵蚀速率略大于支沟,平均侵蚀切割深...     

青藏高原泥石流的形成及运动过程研究

传统的泥石流模拟模型对青藏高原泥石流的模拟与实际情况的吻合度较低,无法为预防与治理泥石流提供合理的数据。为此,构建泥石流形成运动模拟模型对青藏高原泥石流形成及运动过程进行模拟研究。根据质量守恒原则、侵蚀、降雨与摩擦影响因素,建立泥石流形成、运动模拟模型,采用有限差分数值方法对泥石流厚度与流速进行计算。通过对泥石流厚度与流速的计算,实现了对青藏高原泥石流形成、运动过程的模拟。通过实验对比结果可知,泥石流形成及运动模拟模型与实际情况的吻合度远远高于传统模拟模型,说明泥石流形成运动模拟模型具备较高的有效性。     

西北某水库库区泥石流形成条件及运动特征研究

西北某水电站位于准噶尔—北天山褶皱系南部的北天山优地槽褶皱带中部。在对库区相关泥石流沟谷的形成条件进行分析的基础上,重点研究了泥石流的流速、流量和冲击力等运动特征。研究表明,库区西岔沟和雪水沟泥石流具有一定的规模,而坝前沟、坝后沟的规模则比较小,发生频率也相应较低,对水电站的影响也比较有限。而对西岔沟和雪水沟来说,考虑...     

泥石流龙头的形成及特征研究

泥石流龙头的高度反映了泥石流的规模,是防治工程的重要参数之一。陡峻的地形、大量松散固体物质、丰富的水源构成了泥石流发生的三大要素,同时也是影响泥石流龙头高度的重要因素。通过采用均质沙及宽级配沙进行水槽实验,探究泥石流运动过程中龙头高度与沟道物质级配、流量、坡度之间的关系,提出泥石流龙头高度随流量、坡度、平均粒径、细沙含量的增加,呈先上升后下降的趋势。利用回归分析方法,采用水流功率的概念,建立了泥石流龙头高度计算模型,并采用其他科学家的试验数据进行了验证,可为预测不同条件下泥石流规模提供科学依据。     

岩屑组成对高位滑坡-碎屑流运动特性影响离散元模拟研究

采用三维颗粒离散元模拟方法,对4种由不同粒径碎屑颗粒组成的岩屑滑坡运动过程进行全程数值模拟,研究了碎屑粒径组成对于岩石碎屑滑坡的运动特性影响。结果表明:碎屑颗粒粒径组成对岩石碎屑滑坡的运动总时间和达到速度最大值的时刻没有影响;物源碎屑粒径的组成对滑坡运动速度、破坏力和滑动距离影响大。粒径组成越不均匀,滑坡运动速度和破坏力越大,滑动距离也越远;碎屑流物源前缘部分是滑坡-碎屑流灾害影响范围大小的控制性因素。成果可为岩石碎屑滑坡灾害的预测和评估提供参考。     

泥石流磨蚀特性试验研究

泥石流磨蚀特性是防治工程耐久性设计的关键参数,选取了5种固相比和5种浆体黏度共25组工况,采用自行研制的泥石流磨蚀系数测试装置进行泥石流磨蚀试验。实验结果表明：浆体黏度相同时泥石流磨蚀系数与泥石流体固相比成正相关,固相比相同时泥石流磨蚀系数与泥石流黏度成负相关;水石流及稀性泥石流的磨蚀能力显著大于黏性泥石流;工程中宜适当提高混凝土标号和增大混凝土砂浆保护层厚度来提高混凝土防治结构的耐磨性。研究成果对泥石流混凝土防治结构耐磨性设计有一定参考意义。     

基于DEM的碎屑流运动特性数值模拟

采用颗粒离散元法建立了碎屑流三维数值模型,分别从整体和局部对碎屑流运动特性进行深入分析。结果表明:碎屑流的运动过程可分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段;边坡底面平整时,堆积体中大颗粒堆积在表面,而细小颗粒位于中下部位;碎屑流运动速度和能量损失受颗粒间的接触碰撞影响大;碎屑流不同部位运动速度最大值相同,达到速度峰值的时间与颗粒的初始水平位置有关,与深度无关;堆积体分区明显,堆积体中的颗粒按初始水平位置依次排布;坡脚位置堆积深度最大,往两侧逐渐减小;碎屑流在运动初期和末期横向运动明显,扩大了灾害影响范围。     

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。