坝后淤积条件下泥石流冲击拦挡坝动力响应研究

拦挡坝有效库容和泥石流冲击力是泥石流实体拦挡坝设计的重要指标,现有实体拦挡坝在泥石流反复冲击作用下淤积甚至填满,会对坝体调控能力产生重要影响.为此,基于理论分析和物理模型试验,开展坝后淤积条件下泥石流冲击实体拦挡坝动力响应研究,推导坝后淤积条件下泥石流速度衰减率、坝体拦挡率的无量纲计算公式,并建立考虑空间分布特性的坝后淤积条件下泥石流冲击力计算模型.结果表明：泥石流速度衰减率和坝体拦挡率与淤积体高度/淤积长度比值和泥石流相对容重呈正相关;泥石流冲击力静动荷载组合计算模型能较好反映坝后淤积条件下泥石流冲击力的组成和分布特征.上述研究可为泥石流实体拦挡坝工程设计提供理论及技术支持.     

黏性泥石流拦挡工程数值模拟

运用计算流体动力学技术对泥石流中的Bingham黏性泥石流流体对拦挡坝的冲击进行了数值模拟,所用软件为通用CFD软件CFX,使用CAD软件AutoCAD和Unigraphics（简称UG）建立了泥石流沟谷三维地形及拦挡坝模型,计算出泥石流的速度场及泥石流流体对拦挡坝的冲击力的大小与分布。     

舟曲泥石流桩林拦挡结构抗冲压极限分析

以舟曲泥石流灾害防治工程为背景,基于弹塑性有限差分方法计算分析了舟曲泥石流桩林拦挡结构的极限抗冲压能力。针对两种桩林拦挡结构设计方案,采用增量加载的数值计算方法确定了拦挡结构的侧向极限抗冲压力,并与规范建议的泥石流冲击力经验公式计算结果进行了校核。计算结果显示,舟曲泥石流桩林拦挡结构的侧向极限抗冲压力均大于经验公式计算...     

冲击荷载下泥石流拦挡坝动力响应分析

泥石流具有强烈的冲击破坏作用,是防治结构毁损的重要影响因素,本文基于计算流体动力学理论,采用流体分析软件CFX对黏性泥石流进行模拟,得到了泥石流速度场和压力场的分布特征。采用流固耦合分析方法,运用有限元程序ANSYS对一新型泥石流拦挡结构在泥石流冲击力作用下的动力响应进行数值模拟,得到结构的位移时程曲线和应力时程曲线。通过对比分析新型拦挡坝与普通实体坝的响应,得到一些有益的结论。研究表明:冲击力随流速增大而增大,大块石的冲击作用是使结构破坏的重要因素,该结果为泥石流拦挡工程的设计提供了参考。     

开口柔性防护网调控泥石流性能试验研究

柔性防护网是防治泥石流灾害的重要工程措施之一,现有防治结构以闭口防护网形式为主,易发生堵塞且调控能力欠佳。为此,提出一种开口柔性防护网结构,并基于理论分析、物理模型试验开展了开口柔性防护网对泥石流的调控性能研究,推导泥石流速度衰减率、爬升高度和柔性防护网拦挡率的理论公式。结果表明：与闭口柔性防护网结构相比,该结构起到了良好的自清洁作用,且可有效调控泥石流速度峰值;所推导的无量纲理论公式计算结果与物理试验结果具有较好的一致性;速度衰减率、爬升高度和拦挡率主要由相对开口高度、无量纲流深、泥石流相对密度和弗罗德数控制;速度衰减率和拦挡率与相对开口高度呈负相关,与泥石流相对密度呈正相关,爬升高度与相对开口高度、相对密度均呈负相关。上述研究可为开口柔性防护网在泥石流防治工程中的应用提供理论及技术支持。     

基于增量加载法的泥石流拦挡坝抗冲击力数值模拟

为提高泥石流重力式拦挡坝的设计安全和避免资金投入过大而造成浪费,选择合理的泥石流冲击力作为设计依据尤为重要。文章结合舟曲县三眼峪沟灾后重建防治工程相关数据,利用有限元软件ABAQUS进行计算分析,采用增量加载的数值计算方法,分别求得2种工况下重力式拦挡坝的抗冲击力。根据三眼峪沟治理工程运行至今的反馈情况,证明在泥石流治理工程设计中,冲击力选择工况1和2的平均值较合理,同时说明该方法与经验公式结合使用,其结果更加精确可靠,在泥石流工程设计和研究中具有良好的应用前景。     

文县燕儿沟拦挡坝受损原因与加固措施研究

拦挡坝受损是泥石流治理工程常见的问题,因地制宜提出加固措施可保障工程自身安全,且使已有防治体系继续发挥防灾减灾效能。在查明拦挡坝破坏模式及受损原因的基础上,根据受损部位、破坏程度和损坏原因的不同,采取相宜的加固措施,尤其对坝体存在多种破坏类型的情况则采取多种措施的综合加固方案。本文以燕儿沟泥石流为例,在掌握灾害发育特征的基础上,查明流域内拦挡坝破坏类型,并分析受损原因,研究提出安全合理、行之有效的加固措施,为此类加固工程提供借鉴思路,为往后防治工程结构设计提供参考。     

泥石流拦挡坝优化设计

拦挡坝设防高度决定着库容,因此确定合理的设防高度在拦挡坝的设计中极为重要。在坝址确定的情况下提高拦挡坝的设防高度可以加大库容,增强防治工程的抗灾能力,但其泄洪能力会受到影响,因此拦挡坝的库容与其泄洪能力是矛盾的。既有设计理论中泥石流峰值流量按照全流域面积汇水输沙总量计算,该理论认为每个拦挡坝的设计洪峰流量是相同的,而实质上对于流域面积大的泥石流沟,设置在上游、中游及下游的拦挡坝由于汇水面积的差异而导致泥石流峰值流量相差较大,本文作者提出了按有效汇流面积计算泥石流峰值流量的优化设计方法,用该方法设计的拦挡坝的溢流断面面积较小,从而达到提高设防高度,增大库容,提高拦挡坝的容灾能力。     

泥石流重力拦挡坝稳定性验算方法探讨

在工程设计时,重力式泥石流拦挡坝稳定性验算多采用验算软件进行验算,但其验算理论方法及验算过程并不易掌握。为了能更好地掌握验算理论知识和步骤,根据《泥石流灾害防治工程设计规范》提出的重力式泥石流拦挡坝稳定性验算公式和坝体受力情况分析进行手动验算,并从工程实例出发,采用江西漂塘钨业有限公司漂塘矿区猪斗窝至漂塘河泥石流治理工程中某一处重力式拦挡坝,假定满库工况下陈述其演算方法和过程。该验算方法适用于重力式拦挡坝每种工况运行状态,但仅适用于泥石流物源以矿山废石等粗颗粒为主的物质。为推动防治泥石流工程设计方法和技术论证方法不断进步,为国家在矿山地质灾害防治工作中取得良好的成效,应大力推广该验算方法的运用。     

梳齿坝在泥石流防治中的应用

泥石流具有突然性以及流速快,流量大,物质容量大和破坏力强等特点,为常见的山区地质灾害。梳齿坝作为透水型拦挡坝的一种,具有部分拦挡、挡排结合的特点,可减轻坝体所受水压和冲击力,起到调节下泄流体物质组成的作用,能有效提高库容利用系数,延长坝库使用寿命,为泥石流防治的一种重要措施。     

泥石流成因机理的非饱和土力学理论研究

泥石流是一种具有较强破坏力的自然山地灾害。对于它的预报研究历来为人们所重视，并建立了很多雨量预报模型。然而，这些雨量预报模型的预报时间很短，往往只能在灾害发生前几十分钟作出预报。论文应用非饱和土强度理论对降雨型泥石漉的成园机理进行了研究，提出降雨型泥石流的形成过程可以划分为2个阶段：第一个阶段与前期实效降雨量有关；第二个阶段与短历时强降雨有关。并对各个阶段降雨作用机理以及固体松散物质的力学性质变化特征进行探讨。为预先判断在降雨条件下，会不会发生泥石流以及所需要的降雨量和雨型提供依据。     

渤中25-1油田沙三段重力流沉积模式及油气地质意义

运用最新重力流沉积理论,以钻井岩芯、地震资料为基础,系统研究了渤海海域渤中25-1油田沙三段重力流沉积特征、类型、岩相组合、砂体空间展布特征以及沉积模式。结果表明,研究区主要发育滑塌重力流、砂质碎屑流、浊流3种重力流沉积类型,并构成5种典型的岩相组合,包括湖相细粒沉积与滑塌重力流组合（MS）、砂质碎屑流与滑塌重力流组合（DS）、砂质碎屑流与浊流组合（DT）、浊流与砂质碎屑流组合（TD）、湖相细粒沉积与浊流组合（MT）。研究区重力流沉积具有"源-坡-断-流"联控的"滑塌-砂质碎屑流-浊流"沉积过程与发育模式,其中砂质碎屑流砂体呈舌状体分布,浊流砂体则具有朵状体形态特征。储层综合评价表明,砂质碎屑流砂体粒度粗、宽厚比小、泥质含量低、物性好,是优质的重力流储层类型。对不同重力流类型沉积特征、展布形态以及储层性质的精细研究,对深水优质砂岩储层的预测具有重要的指导意义。     

Comparison of Two Empirical Models for Gully-Specific Debris Flow Hazard Assessment in Xiaojiang Valley of Southwestern China

Two sets of empirical models for debris flow hazard assessment on gully-specific scale are presented herein, which may be the first step toward developing a formalized procedure for debris flow hazard assessment. Emphasis is put on comparison of the two models between Multiple Factor Composite Assessment Model (MFCAM) and Multivariate Stepwise Regression Assessment Model (MSRAM). From the aspects of data acquisition and model construct, this paper shows the advantages and limitations of two models. From the assessment results, two models are still of uncertainty. Fundamental researches of debris flow hazard, especially the relationship between debris flow magnitude and its frequency of occurrence should be given a priority in future study.     

南水北调西线工程泥石流灾害及危险区划

南水北调西线工程是拟议中的国家重大建设工程,通过"五坝七洞一渠"共计260km的引水线路,引长江上游雅砻江和大渡河水入黄河。泥石流在工程区多有分布,现已查明,工程区共有不同危险度等级的泥石流沟103条。泥石流危险区划结果表明,研究区内没有泥石流极高危险区;泥石流高度危险区总面积为73km2,主要集中分布在杜柯河流域,达曲和泥曲流域有零星分布;泥石流中度危险区总面积114·75km2,各流域均有分布,其中杜柯河和达曲流域分布较多;泥石流低度危险区是分布最广的区域,总面积156·75km2,各流域均有分布,以杜柯河流域分布略多。研究表明,用单沟泥石流危险度值作为综合指标,以具有不同泥石流危险度等级的泥石流沟流域面积作为权重的加权平均方法,采用网格作为泥石流危险区划的基本单元,能够直接而真实地获得泥石流危险区划的成果。用本文提出的方法进行地质灾害的危险区划,无疑比用间接方法和替代指标得出的危险区划结果具有更高的可靠性。     

浙江省泥石流灾害发育分布规律及区域预报

泥石流灾害是我国东南地区引起群死群伤的主要自然灾害,目前对其发育规律和区域预报的研究程度还较低.基于浙江省小流域泥石流地质灾害调查评价成果数据,开展沟谷泥石流发育特征和时空分布规律研究,研究表明,浙江省泥石流发生时期集中在台汛期和梅汛期,其中台汛期发生的泥石流占总数的70.1%,梅汛期占27.4%,可见台风诱因显著;泥石流在浙江省三大降雨区,即台风雨主控区、梅雨主控区和梅台雨兼容区的空间分布具有明显差异性,总体上东南沿海一带台风雨控制区分布密度要大于西部和北部地区,而梅汛期发生泥石流则比较明显集中在西部地区.在此基础上,分别求取了梅汛期和台汛期的浙江省东南地层区和杨子地层区引发泥石流的降雨阈值;选择泥石流易发程度区划图、24h预报雨量和前期有效降雨量3个因子,以小流域作为评价单元,基于可拓理论方法,构建了泥石流危险性区域预报模型.采用灾害强度R值和危险性等级面积百分比累加-泥石流频度百分比累加曲线两种方法,以2004年“云娜”台风期间和2006年6月份梅雨期发生的泥石流灾害样本开展模型合理性检验,证明预测结果合理.      

Comparison of numerical models of two debris flows in the Cortina d’ Ampezzo area,Dolomites, Italy

The accurate prediction of runout distances, velocities and the knowledge of flow rheology can reduce the casualties and property damage produced by debris flows, providing a means to delineate hazard areas, to estimate hazard intensities for input into risk studies and to provide parameters for the design of protective measures. The application of most of models that describe the propagation and deposition of debris flow requires detailed topography, rheological and hydrological data that are not always available for the debris-flow hazard delineation and estimation. In the Cortina d’Ampezzo area, Eastern Dolomites, Italy, most of the slope instabilities are represented by debris flows; 325 debris-flow prone watersheds have been mapped in the geomorphological hazard map of this area. We compared the results of simulations of two well-documented debris flows in the Cortina d’Ampezzo area, carried on with two different single-phase, non-Newtonian models, the one-dimensional DAN-W and the two-dimensional FLO-2D, to test the possibility to simulate the dynamic behaviour of a debris flow with a model using a limited range of input parameters. FLO-2D model creates a more accurate representation of the hazard area in terms of flooded area, but the results in terms of runout distances and deposits thickness are similar to DAN-W results. Using DAN-W, the most appropriate rheology to describe the debris-flow behaviour is the Voellmy model. When detailed topographical, rheological and hydrological data are not available, DAN-W, which requires less detailed data, is a valuable tool to predict debris-flow hazard. Parameters obtained through back-analysis with both models can be applied to predict hazard in other areas characterized by similar geology, morphology and climate.     

Debris flows in the Swiss National Park: the influence of different flow models and varying DEM grid size on modeling results

In the Swiss National Park, debris flows are a frequent phenomenon and have repeatedly affected highways and hiking structures. In this study, we first investigated the main characteristics and dimensions of current debris flows by field work and empirical parameterization schemes. Additionally, we evaluated a topography-based flow-trajectory geographic information system model (MSF) and a flow-routing model (FLO-2D) in terms of debris flow-affected areas. Three generically different digital elevation models (DEM) with grid spacing of 25, 4, and 1 m were used in conjunction with the flow models. The evaluation of the DEM grid spacing shows that for both flow models the 25-m DEM can give an approximate estimation of the potential hazard zone. Four- and one-meter DEMs mostly confine the simulated debris flow to existing channels and are in accordance with observations of recent debris-flow events. The study shows that DEM quality and grid resolution are crucial for the resulting delineation of potentially affected areas and thus for hazard assessment and mapping.     

Linking rainfall-induced landslides with predictions of debris flow runout distances

Rapid debris flows are among the most destructive natural hazards in steep mountainous terrains. Prediction of their path and impact hinges on knowledge of initiation location and the size and constitution of the released mass. To better link mass release initiation with debris flow paths and runout lengths, we propose to capitalize on a newly developed model for rainfall-induced landslide initiation (“Catchment-scale Hydro-mechanical Landslide Triggering” CHLT model, von Ruette et al. 2013) and couple it with simple estimates of debris flow runout distances and pathways. Landslide locations and volumes provided by the CHLT model are used as inputs to simulate debris flow runout distances with two empirical- and two physically-based models. The debris flow runout models were calibrated using two landslide inventories in the Swiss Alps obtained following a large rainfall event in 2005. We first fitted and tested the models for the “Prättigau” inventory, where detailed information on runout path was available, and then applied the models to landslides inventoried from a different catchment (“Napf”). The predicted debris flow runout distances (emanating from CHLT simulated landslide positions) were well in the range of observed values for the physically-based approaches. The empirical approaches tend to overestimate runout distances relative to observations. These preliminary results demonstrate the added value of linking shallow landslide triggering models with predictions of debris flow runout pathways for a range of soil states and triggering events, thus providing a more complete hazard assessment picture for debris flow exposure at the catchment scale.     

泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁在遭受泥石流冲击时的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用所配置的原料在泥石流槽内对两种形状（圆形、方形）的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明：试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数（Re）可以综合反映流变特性和流速,因此,圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据黏性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9进行选用。     

沟岸侧蚀对泥石流形成和运动过程的影响

沟岸被侧蚀掉的松散物质会通过动量交换将能量传递给龙头,从而影响泥石流的形成和运动过程。前人建立了许多模型来研究泥石流的侵蚀过程对泥石流形成和运动过程的影响,但是模型中大多以底蚀作用为前提条件。通过侧蚀模型和底蚀模型两种水槽实验的对比,针对泥石流的形成和运动过程展开研究。实验发现侧蚀作用更有利于泥石流的形成和运动,泥石流的龙头高度和速度都有波动特征,但侧蚀作用使得这种波动特征更加明显。侧蚀作用使得泥石流的龙身速度更快于龙头速度,龙身颗粒源源不断地堆积于龙头,使得龙头有较大的高度和附加坡降,因此,侧蚀条件下龙头的速度更快。