泥石流启动过程PFC数值模拟

泥石流松散碎屑物质具有散粒体的基本特征,在暴雨激发下容易形成泥石流,整个过程具有散粒体大变形的特征。颗粒流理论是基于离散单元法模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用,在模拟颗粒相互作用和大变形问题研究方面具有显著的优越性。为分析泥石流松散碎屑物质启动形成泥石流的过程及其与土体含水率的关系,采用二维颗粒流程序（PFC2D）分析降雨作用下松散碎屑物质启动形成泥石流的过程,揭示崩滑堆积体在降雨作用下含水率超过临界值后质点运动速度和位移增加,松散碎屑物质启动并加速而导致滑坡泥石流连锁式破坏的过程和机制。     

震后沟道泥石流启动条件——松散堆积体雨中失稳的水力学机制分析

5.12地震导致大规模的松散崩滑物质堆积于沟道,极大的增加了震后降雨型沟道泥石流爆发的概率。然而,灾后特殊的物源条件和成灾环境改变了传统沟道泥石流的形成机制,给震后沟道泥石流的防治工作带来了巨大的困难。为此,以水文学为基础,在构建松散堆积体潜水位变化水文学模型的前提下,借助水力学理论,分析了沟道堆积体内水力随潜水位变化的规律和特征,研究作用在单元条块堆积体上静水压力和动水压力的计算方法。在合理分段沟道松散堆积体的前提下,基于无限边坡理论完成了对各段堆积体下滑力、基底抗滑力及剩余下滑力的表达构建。结合算例解析了震后降雨条件下堆积体失稳的力学机制。分析表明,震后沟道松散堆积体失稳启动并泥石流化是流域降雨作用下堆积体内潜水位不断抬升、水力环境不断劣化的结果。流域大、沟道窄、堆积深、导水系数小、沟床缓的堆积体因较高的潜水位更易在降雨中失稳,且失稳模式因条块间剩余下滑力差异而分为整体推移启动及解体牵引启动两类。     

河北宣化赵川地区矿渣碎屑流工程特性及其启动机制

张家口宣化地区存在大量具有潜在危险的松散矿渣堆积体,文章以该地区具有代表性的响水沟松散矿渣堆积体为研究对象,对矿渣的颗粒组成、矿物成分、力学性质等进行详细的室内试验研究,结果表明:矿渣堆积体属砾质砂土,粘粒含量少,且级配不良,松散易流动。同一干密度下,随含水率增加,矿渣抗剪强度先增大后减小,当含水率为15%时,其粘聚力最低,表明响水沟矿渣堆积体失稳启动下滑的界限含水率可能在15%左右。综合以上分析结果,拟合得到粘聚力与含水率关系公式,初步预测矿渣碎屑流启动下滑的临界含水率。这一认识对该区矿渣堆积体的稳定性评价及碎屑流灾害预警有重要意义。      

滑坡碎屑堆积体形成泥石流的实验

地震或强降雨诱发滑坡,滑坡体碰撞解体形成碎屑物质堆积在沟道内,在后期降雨作用下形成泥石流,这是泥石流形成的一种方式,可称为滑坡碎屑堆积体泥石流。笔者分析了影响碎屑堆积体泥石流起动的特征参数,通过实验研究了碎屑堆积体泥石流形成的过程,分析了堆积体表面坡度、黏粒质量分数、中值粒径（d₅₀）以及不均匀系数（Cu）对泥石流形成的影响。结果表明：碎屑堆积体表面坡度对形成泥石流所需单宽流量无明显影响;黏粒质量分数在不大于5%时仅影响碎屑堆积体侵蚀,对碎屑堆积体揭底所需单宽流量无明显影响;影响碎屑堆积体形成泥石流所需单宽流量的因素主要为中值粒径和不均匀系数--随堆积体中值粒径、不均匀系数的增大而增大。通过实验数据拟合得出了中值粒径和不均匀系数与泥石流形成和揭底所需单宽流量的公式;由于公式中只考虑了影响碎屑堆积体形成泥石流的两个主要因素（d₅₀和Cu）,因此对比水文计算结果偏小,但整体趋势基本一致。在实际应用到这类泥石流沟时,可通过修正进行预测。     

肖家沟9#矿渣堆泥石流基本特征及防治建议

肖家沟9#矿渣堆位于泸州叙永县落卜片区硫铁矿矿区,为一条由矿渣形成的潜在泥石流,威胁沟口厂矿企业和沿沟耕地。实地调查和勘查发现,肖家沟泥石流发育主要受沟道条件、物源条件、水源条件的影响。通过深入分析该泥石流基本特征值基础上,提出了通过对堆积体采用稳拦工程,进而实施堆积体土地复垦的防治建议。     

汶川震区龙门山镇高架子沟“8·18”泥石流灾害机理与特征

2012年8月18日四川省彭州市龙门山镇地区遭受50年一遇的暴雨,引发大规模群发性泥石流灾害,其中以高架子沟最为突出,导致银厂沟内居民生活和交通严重受损。本文据现场调查和航空影像解译,分析高架子沟流域、物源特征的基础上讨论该次泥石流的演化过程、启动方式及灾害机理。结果表明：高架子沟在震前是一条非泥石流沟,震后流域内物源丰富,泥石流形成及演化过程为：地震-滑坡、崩塌-降雨-泥石流,其成灾启动过程包括启动阶段、加速阶段、下切拉槽阶段、堆积四个阶段,启动模式为沟床启动型。该泥石流形成过程中,＂消防水管效应＂使沟道水流快速集中,并强烈冲刷沟床中的松散堆积体,导致沟床固体物质移动形成大规模的泥石流灾害。     

震后坡面松散堆积体失稳水力学机理研究

为研究震后强降雨条件下沟道泥石流产生的力学机制及水力学机理,以都江堰市龙池镇银洞子泥石流沟为研究对象,构建坡面松散堆积体地下水位变化水力模型,按照水力学渗流理论,分析了震后泥石流形成区坡面松散堆积体内潜水位变化的特征和规律,定量研究了动静水压力对坡体的作用特点。根据理论分析、实例验证与物理模拟试验的研究结果,获得了对坡面松散物源启动力学机理、启动临界条件及启动模式的深刻认识：(1)在强降雨激发作用下,随着坡体内潜水位不断升高,水力条件不断恶化,最终导致坡面松散堆积体发生失稳破坏;(2)堆积体内潜水位高度是坡面面积(S)、稳态降雨强度(I),坡体几何参数、导水系数(T_D)等参数的综合函数,S、I越大,则潜水层厚度(H)越大,反之,当坡面集雨面积和稳态激发降雨强度一定时,导水系数、坡体宽度和潜水面倾角越大,则坡体内产生潜水层垂直厚度越低;(3)随着坡体内静水压力(P)增加,堆积体基底抗滑力将会降低;随着坡体内动水压力(G_d)增加,坡体下滑力将会增加;(4)根据剩余下滑力的存在形式,震后坡面松散堆积体的启动模式可分为2种,即坡体整体启动的推移式失稳...     

矿区泥石流形成条件的力学分析——以贵州省开阳县洋水河泥石流为例

贵州省开阳地区富含磷矿矿床,是我国少有的特大磷矿区。从1958年开阳磷矿建矿至今,期间由于大量的开采磷矿、爆破岩石、修建道路、建设矿区等,曾经诱发了多次崩塌、滑坡、泥石流等自然灾害。研究区域内大量矸石、矿渣和山体滑坡、崩塌堆积体等堆积于洋水河流域内,为泥石流暴发提供了大量的物源,强降雨条件下极易暴发大规模的泥石流过程,威胁沿途的矿厂设施和下游县城居民的安全,为此分析该矿区泥石流物源总量、分布情况、分布特征及其稳定情况,分析可能诱发泥石流的降雨强度和降雨时间,为该区泥石流预警预报和泥石流的防治提供一定的参考。     

九寨沟震后核心景区崩滑堆积体冲刷启动机制研究

2017年九寨沟震后核心景区广泛发育崩滑堆积体,震后3年间受降雨影响下坡面泥石流频发,严重威胁景区恢复重建。为了研究坡面径流冲刷对崩滑堆积体启动的影响,基于2017－2020年的持续跟踪调查与高分辨率遥感影像解译,利用现场冲刷试验及原位监测,分析了径流冲刷条件下堆积体的渗流响应特征、侵蚀运移过程及冲刷启动机制。结果表明：（1）冲刷过程中坡面物质以下蚀、面蚀、溯源侵蚀及侧蚀为主,湿润锋下移致使坡体内体积含水率与孔隙水压力增大,达到峰值后处于动态稳定状态,而基质吸力则先小幅度波动后不断减小。（2）崩滑堆积体具有坡度陡、土体孔隙间细粒含量多、渗透性良好且抗冲刷能力弱等特征,在强烈的水动力条件下启动演化过程为先期渗透→铲刮滑流→快速堆积→局部饱和侵蚀?稳定。（3）不同饱和状态下堆积体启动的力学分析与现场试验监测结果较为一致,并结合冲刷试验成果认为,土体含水率升高、孔隙水压力急剧增大、基质吸力快速减小与高强度径流冲刷是堆积体启动之机制所在。该研究结果对于震后泥石流活动的长期效应预测与生态治理具有重要意义。     

崩塌堆积体启动坡面泥石流判别与防治 ——以北川县开坪乡平石板泥石流为例

强震区地震后大量的崩塌堆积体堆积于高陡斜坡中上部,堆积体远离居民点,一旦诱发为坡面泥石流,形成新的次生地质灾害,将严重威胁下方居民的生命财产安全。本文以北川县开坪乡平石板坡面泥石流为例,平石板沟“5.12”地震崩塌堆积体在2010、2013年强降雨作用下失稳转变为坡面泥石流淤积场镇。在平石板泥石流暴发特征介绍基础上,通过粒径不均匀系数、堆积体启动判别指标、后缘汇水面积等来分析崩塌堆积体启动条件及影响因素,并针对此类灾害发育特征,提出了通过上游稳拦固源方法进行治理的防治思路。以期为研究高陡斜坡堆积体的启动机制及防治提供一定的借鉴意义。     

洪雅县柳江镇赵河村13组铁匠湾突发高位远程崩滑灾害链成因机制分析

洪雅县柳江镇赵河村13组铁匠湾突发“高位远程崩滑”,本文结合调查和监测结果,对灾害链成因机制及成灾模式进行分析,认为该灾害是在高陡地形、破碎岩体、降雨等作用下形成“高位远程崩塌→块石冲击→加载诱发斜坡形成滑坡→块石在斜坡表层滚动、铲刮斜坡解体形成碎屑流→降雨汇流后水流对松散堆积体冲刷、挟裹和运移形成泥石流→泥石流淤堵主河形成堰塞湖”灾害链模式。     

低山丘陵区典型滑坡-泥石流链生灾害特征与成灾机理

2019年6月10—13日,龙川县发生持续强降雨,导致全县境内发生大量滑坡、泥石流灾害,贝岭镇米贝村是三个重灾区之一。本文以贝岭镇米贝村6号沟发生的滑坡-泥石流链生灾害为研究对象,在野外精细化调查测量基础上,结合数值模拟分析与计算,对链生灾害特征与成灾机理展开研究。研究发现:①6号沟内共发育7处浅层土质小型滑坡,仅3号滑坡体与部分6号滑坡体转化为泥石流,构成泥石流主要物源,其余滑坡未构成持续性影响;②持续降雨下渗,坡体由非饱和向饱和状态转变,坡表形成连续饱和区,孔隙水压力的增加与孔隙水的软化促使土体强度降低,加之坡体饱和自重的增大,斜坡发生浅表层失稳破坏;③降雨的持续下渗与支沟沟源“漏斗状”地形下的地表汇水快速增大滑坡松散堆积体内的含水率,促使其物理性质发生变化,在重力势能下呈流态状启动、运动转化为泥石流。降雨结构影响滑坡-泥石流链生过程,前期降雨引发滑坡、后期降雨启动形成泥石流,滑坡与泥石流的发生表现出阶段性特征。研究成果有助于指导当地政府进一步开展滑坡-泥石流链生灾害的防灾减灾工作,也为该地区未来区域预警研究工作提供理论支撑。     

降雨条件下松散堆积体边坡稳定性离心模型试验研究

采用新型介质雾化喷嘴离心场降雨模拟设备,进行了模拟降雨及格栅支护措施条件下松散堆积体边坡的离心模型对比试验。离心机模型与原型试验比尺为1:80,试验过程通过非接触定点高速摄影系统并结合粒子图像测速（particle image velocimetry）技术分析了试验过程中边坡的位移场变化。试验结果表明,松散堆积体边坡在未降雨条件下是十分稳定的;在进行模拟降雨后,边坡顶部沉降及坡面水平位移随降雨量的增大逐渐发展,尤其边坡表面区域发生明显变形;边坡的破坏模式有别于传统的圆弧滑动,在持续强降雨作用下,坡面逐层产生破坏,最终形成泥石流形态;通过采取坡面土工防护格栅支护条件后,堆积体边坡在降雨条件下稳定性显著提高,故采用边坡防护格栅是提高松散堆积体边坡稳定性的有效途径。     

栾川县柿树沟泥石流形成机理浅析

栾川县泥石流多为暴雨型泥石流。以栾川县柿树沟泥石流为例,浅析沟道拖拽一溃决型泥石流形成机理。沟道拖拽一溃决型泥石流是指地表径流在土体表面形成盖流层后,层底水流会对土体产生一定的拖拽力,致使土体局部或整体突然液化而转化形成的泥石流。通过柿树沟典型断面启动条件和松散堆积体受力量化分析,还原出柿树沟底松散物质在拖拽力作用下,游离母体发生溃决,转化形成泥石流过程。确定判别沟道拖拽一渍决型泥石流沟主要依据。为防灾减灾提供基础依据。     

基于遥感影像的四川石棉“7·4”后沟泥石流形成机理与堵河过程分析

本文以2013年7月4日四川石棉县后沟堵河型泥石流为研究对象,通过泥石流堵河前后对比研究、前期与当日降雨分析、理论计算,认为后沟泥石流为强降雨自然诱发、矿渣物源补给的复合型泥石流。后沟泥石流的启动过程主要表现为:强降雨→启动点产生→沟道侵蚀、拉槽→沿程流量加大→矿渣物源参与→规模突增→淤积与下切交错→堵塞楠桠河。通过灾后的实地调查,后沟泥石流堵断楠桠河溃坝后,在堆积区形成2个堆积扇和3个对冲淤积点,保存着泥石流顶冲对岸形成堰塞体的形态特征,具有典型泥石流堵河特征。通过经验公式计算,后沟堵河程度在堵河可能性小和严重堵塞之间,与历史频率、实地调查、遥感分析具有较好的适应性。     

暴雨型泥石流预警模型初步研究

2010年8月13日四川都江堰市龙池地区暴发了特大规模的群发性暴雨型泥石流过程,给龙池地区的震后恢复重建带来了巨大的灾难,因此,研究该区泥石流发生机理和预警十分必要。本文在总结前人关于泥石流暴发与降雨条件研究成果基础上,发现泥石流物源含水量及地表径流流深等是导致流域内松散物源启动的主要原因。根据其前期降雨量和有效降雨强度等特征,建立了泥石流流域物源土体颗粒个别启动、局部启动和大量启动的判别式,建立了适合该区域暴雨泥石流预警模型,将可能诱发泥石流暴发的不同降雨条件划分为蓝、黄和红色3个危险等级,为该区泥石流监测预警提供了科学依据。     

暴雨型泥石流预警模型初步研究

2010年8月13日四川都江堰市龙池地区暴发了特大规模的群发性暴雨型泥石流过程,给龙池地区的震后恢复重建带来了巨大的灾难,因此,研究该区泥石流发生机理和预警十分必要。本文在总结前人关于泥石流暴发与降雨条件研究成果基础上,发现泥石流物源含水量及地表径流流深等是导致流域内松散物源启动的主要原因。根据其前期降雨量和有效降雨强度等特征,建立了泥石流流域物源土体颗粒个别启动、局部启动和大量启动的判别式,建立了适合该区域暴雨泥石流预警模型,将可能诱发泥石流暴发的不同降雨条件划分为蓝、黄和红色3个危险等级,为该区泥石流监测预警提供了科学依据。     

黏土颗粒含量对蒋家沟泥石流启动影响分析

黏土颗粒在泥石流中的含量并不大,但却显著地影响着泥石流的启动。在室内通过筛分配成9种不同黏粒含量级配的土体,在自行设计的模型槽内以1.64 g/cm3（松散干密度）,1.79、1.94 g/cm3（天然干密度）3种干密度堆成边坡模型,在雨强为85 mm/h下进行人工降雨试验,初步探讨了黏土颗粒含量对泥石流启动的影响,得到：黏粒含量在5%～18%时可以形成泥石流,其中黏粒含量10%时所需时间最短,低于5%或大于18%难以形成泥石流,黏粒含量具有临界性;填筑干密度越大,泥石流启动越困难,表现在启动时间长、深度浅、规模小、且填筑干密度不改变黏粒含量临界性;降雨条件下土体入渗率越高,泥石流越容易启动产流。通过试验的研究,可以深入揭示泥石流形成的内在机制,黏粒含量临界性为泥石流预测、预报提供了新思路。     

四川大光包-黄洞子沟特大泥石流基本特征、成因及危险性评价

2013年7月8~10日四川省由于普降暴雨,发生多起泥石流、滑坡等地质灾害。在野外调查的基础上,对大光包-黄洞子沟特大泥石流形成原因进行分析,对未来发展趋势做出预测和危险性评价。调查结果表明:1大光包-黄洞子沟泥石流属于典型的沟谷型泥石流,可分为形成区-流通区-堆积区。2本次泥石流形成原因为体积高达1×108 m3以上的松散的大光包滑坡堆积体提供物源;极端的降雨气候直接启动松散堆积物形成泥石流;地形条件有利于泥石流侵蚀、搬运和堆积,为典型的滑坡-碎屑流-泥石流型,且仍处于活跃期,并在今后会有加强的趋势。3经过对大光包-黄洞子沟泥石流进行危险度评价可知:该泥石流危险度为0.482,属于中度危险泥石流。     

汶川震区映秀镇"8·14"特大泥石流灾害调查

2010年8月14日强降雨过程导致汶川震区映秀镇红椿沟泥石流暴发,泥石流堰塞堆积体堵断岷江主河道,导致河水改道冲入映秀新镇,引发洪水泛滥;造成映秀镇13人死亡、59人失踪,受灾群众8 000余人被迫避险转移.由于这场泥石流灾害发生在汶川地震震中区,是地震与降雨共同作用下的结果,研究其形成与成灾过程对于进一步认识强震区泥...