冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链发展过程机理与模拟技术研究构想

中国青藏高原地区分布有丰富的冰碛土物源,其历史成因复杂、物质结构多变、力学性能差异大,在降雨和冰雪消融作用下常有滑坡失稳发生,冰碛土滑坡碎屑物进入沟道与水流掺混极易发生滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链,是高原地区防灾减灾的重点和难点。近年来,川藏铁路工程及重大水电开发等面临冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链的巨大威胁,因此,提升防灾减灾救灾能力是国家重大需求。冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖是一个级联放大的链式灾害过程,涉及滑坡起动、运动性态转变、沿程侵蚀放大、多期堵江叠加、溃坝水沙耦合等复杂动力演化机制,尤其在复杂气象条件下,冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖的动力形成、溃决冲刷及洪水演进等方面存在机理不清、模型不准、模拟技术缺乏等问题,亟需开展冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制、控制性理论模型及全过程数值模拟等研究工作。结合国内外冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖形成与溃决的相关研究现状,提出冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害需要关注的几个重要研究方面：1）复杂气象条件下冰碛土力学性能演化;2）冰碛土滑坡—泥石流动力灾变过程与运移模型;3）冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖形成机理与仿真模拟;4）冰碛土堰塞坝冲刷溃决机理与流道拓展过程;5）下游河道水沙互馈作用机制与洪水演进模拟。同时,开展了大量前期探索和研究工作,初步揭示了冰碛土滑坡—泥石流运移与多期堵江机制,构建了考虑水流侵蚀与溃口边坡间歇性崩塌的堰塞坝溃决演化模型,并探讨了冰碛土—滑坡—泥石流—堰塞坝灾害链演化过程模拟方法。研究结果为进一步弄清冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制,构建灾害链过程的控制性理论模型,开发全过程数值模拟系统奠定了基础,以期为冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链的成灾机理分析提供理论依据,并为非工程避险与应急处置决策提供技术支撑。     

基于冲量定理的滚石对构筑物冲击力计算方法

 滚石灾害在工程施工过程中对施工人员、设备和构筑物具有较大的威胁,因此研究滚石的运动特性及其冲击力显得非常重要。基于刚体运动学原理建立滚石运动特性的计算方法,通过与数值仿真结果对比来验证其合理性,同时滚石的运动参数作为计算其对构筑物冲击力的基础参数。在考虑滚石自转的基础上,基于冲量定理提出滚石冲击力的计算方法,并结合弹性力学理论解决计算中的撞击时间难以确定的问题。利用提出的方法对长河坝环境边坡的滚石运动特性及冲击力进行分析,计算结果表明：滚石运动过程最大弹跳高度可达25 m、最大平动速度和转动速度分别可达到57 m/s及350 rad/s,滚石运动受地形影响较大。结合运动参数分析结果和冲击力计算模型确定滚石对不同部位构筑物的冲击力数值,冲击力计算结果为构筑物位置的选择及灾害防治提供了一定的参考。     

山区河流水灾害问题及应对（特约稿）

全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展,如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年“5·12”汶川大地震后,“地球人都要有灾害意识,地球人都要有灾害教育”已深入人心,中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件,中国西部地区一直是水灾害频发的区域,防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学,四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧,在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索,取得了一系列重要成果。主要有：1）开发细观实验与模拟技术,揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理,建立了更加可靠的判别准则和计算方法,形成系统的细观水力学体系,并创新地提出了多级泄洪原理与技术;2）原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术,揭示了高坝工程整体结构安全响应机制,建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝-坝基-库水整体结构安全评价体系;3）揭示了山洪与泥沙共同作用下“小水大灾”机制,提出了特大山洪泥沙灾害“降阶防控”技术,将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围;4）引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从“点、线、面”拓展到三维空间整体,提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力;5）针对滑坡-堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题,提出了滑坡-堰塞湖分类应急处置与综合治理技术;6）针对西南地区地理、生态与环境特点,提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体（TDG）过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术,将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域,拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后,针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求,提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境-生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题,有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。     

隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时,发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题,需提前或及时做好围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象,通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析,确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素,提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题,综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护,并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明,隧洞破碎带处经及时加强支护后,围岩变形得到有效地控制,避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生;现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。     

锦屏一级水电站降雨入渗条件下左岸边坡稳定性分析

依托锦屏一级水电站左岸高边坡工程,选取典型计算剖面进行二维数值模拟计算,分析了边坡在自然条件和开挖完成时的应力、位移和稳定性。结合Mohr-Coulomb准则和Fredlund强度理论分暴雨和久雨工况对比分析了边坡在加固与不加固情形下安全系数随降雨时间的变化情况。结果表明,坡面防水及坡体排水对提高边坡稳定性具有明显作用;随着降雨的持续,稳定系数逐渐降低,降雨结束一段时间后稳定系数降至极低点,随后再缓慢回升。更多还原     

铝合金压铸件浇口夹渣的分析及改善

摩托车发动机铝合金曲轴箱体在压铸毛坯时常会出现浇口夹渣现象,而浇口夹渣又多为类似缩孔、油污和冷硬层3种形式。引起夹渣的原因主要是模具温度过高、冲头油过量和Al液含渣量高等。解决缩孔类夹渣,主要从降低模具温度入手;油污类夹渣,可采取调整冲头润滑油用量、加注位置及供给方式;应对冷硬层夹渣,主要靠调整压射延时和调整汤勺退回待机时间、过滤汤勺式样的导入、规范Al液除渣除气作业要求等措施。     

AMSR-E亮温监测中国近地表冻融循环算法研究

为更加精细地获取日内地表冻融循环信息,联合使用AMSR-E升轨(13:30)和降轨(1:30)一天两次过境的逐日亮温数据,采用双指标算法,分别判定升轨和降轨过境时刻的地表冻融状态,综合两次过境信息将地表细分为日内完全冻结、日内完全融化、日内冻融循环和日内逆向冻融循环4种类型。经过验证,日内完全冻结地表分类精度达90%,日内完全融化地表和日内冻融循环地表分类精度约为70%。在日内地表冻融循环分类基础上,将年冻融循环周期划分为稳定冻结期、稳定融化期、春季冻融过渡期和秋季冻融过渡期。根据2004年分类结果得出,1月份,日内完全冻结地表和日内完全融化地表大体以秦岭淮河为界,随着温度逐渐升高,日内完全冻结地表南界、日内完全融化地表北界和日内冻融循环地表的南北界从东南向西北移动,温度降低,各边界线从西北向东南移动;稳定冻结期主要出现在1月和2月,稳定融化期出现在7月和8月,春季冻融过渡期是3~5月,秋季冻融过渡期是9~11月。     

脆性岩石单轴循环加卸载试验及断裂损伤力学特性研究

 以向家坝砂岩单轴循环加卸载室内力学试验结果为基础,结合岩石内部微裂纹的细观力学分析,对脆性岩石单轴循环加卸载的应力–应变曲线特征、峰值强度及断裂损伤力学特性等进行研究。给出一种根据应力–应变曲线计算损伤变量的方法,损伤变量计算结果和声发射测试数据变化规律较为一致。试验结果表明,砂岩的循环加卸载强度要比单轴压缩强度要小很多,对于脆性岩石单轴循环加卸载的峰值强度来说,受到多种因素的影响。弹性常数计算结果表明,循环加卸载过程中泊松比逐渐增大,而弹性模量在第一次循环加卸载增大之后则缓慢减小。脆性岩石循环加卸载过程中,岩石损伤在逐渐累积,在微裂纹进入不稳定扩展阶段,岩石损伤会迅速增大,岩石宏观力学特性取决于内部微裂纹的细观力学响应。     

地震堰塞湖排险技术与治理保护

“5·12”汶川特大地震形成了上百处堰塞体高度大于10 m,蓄水量大于1.0×105 m3,集雨面积大于20 km2的堰塞湖。根据各类堰塞湖因对下游威胁程度、地质、地貌、水文条件、堰塞体规模和颗粒组成制定相应的排险方案。极高危和高危堰塞湖具有潜在的溃坝风险,必须及时排险。相对稳定的堰塞湖及其所在河道则应治理保护。结合北川唐家山、都江堰枷担湾等堰塞湖排险实例,提出了地震堰塞湖排险技术,包括险情勘查、险情评估、排险方案、施工技术。同时,对灾后堰塞湖观测、治理与保护利用提出了建议。     

基于地基合成孔径雷达的危险边坡变形非接触实时监测

岩体崩塌失稳是边坡工程中最常见的地质灾害类型之一,对危险边坡开展实时监测以揭示其变形响应特征,对于边坡的应急预警、综合防控意义重大。本文以某水电站导流洞进口边坡为研究对象,采用地基合成孔径边坡雷达与三维激光扫描融合的监测技术,通过坐标转换,建立三维激光扫描坐标系与 ＧＢ-ＩｎＳＡＲ坐标系之间的对应关系,将雷达二维图像区域内的点与地形点进行匹配,实现了对边坡的三维整体变形实时监测,并基于监测结果对边坡的整体稳定性和局部危岩体演化规律进行了深入分析。结果表明:该边坡整体稳定性较好,但由于岩体破碎,节理裂隙发育,局部危岩区域稳定性较差,部分区域变形受降雨、施工扰动等影响显著。