堰塞坝堆积演化过程及开发利用研究进展

堰塞坝险情的形成演化与综合开发治理是防灾减灾领域研究的焦点问题,因坝体形成过程特殊、内部结构复杂、组成材料不均且堆积形态迥异,导致其与人工坝体差异较大,目前仍缺乏有效的安全性评估方法及科学的开发治理措施。本文列举了国内外典型的堰塞坝事件,从堰塞坝的形成、类型和结构特征等方面,总结了已有的研究成果,阐述了堰塞坝的形成机理,重点分析了崩塌、滑坡、泥石流堰塞坝的堆积演化过程研究。归纳了目前堰塞坝应急处置和综合治理的工程措施与非工程措施,列举了堰塞坝蓄水发电、引水灌溉、环境旅游等开发利用的成功案例。通过文献和案例汇编,建立了堰塞坝事件研究的文献资料库。鉴于堰塞坝较高的溃决风险和开发潜能,提出当前研究存在的主要问题和继续努力的研究方向,为堰塞坝的风险预测及开发利用提供有益参考。     

堰塞坝体材料渗透特性及其稳定性研究

堰塞坝是由于崩塌、滑坡、泥石流等形成的天然坝体,不同于人工土石坝,堰塞坝坝体结构松散,颗粒级配不均匀,在较高水头作用下坝体可能发生渗透破坏而导致溃坝,严重威胁下游人民群众的生命及财产安全。由于堰塞坝存在较大粒径颗粒,常规的渗透试验装置难以满足要求,本文研制了直径为60cm的大直径渗透试验仪,进行了不同堰塞坝级配材料的渗透破坏试验,并探讨了堰塞坝体材料渗透特性的主要影响因素。研究发现:（1）堰塞坝材料的渗透破坏形式取决于材料级配,粗颗粒含量较多时为管涌破坏,细颗粒含量较多或粒径缺失时为流土破坏;（2）堰塞坝渗透系数随干密度的增大而减小,主要取决于细料填充粗料孔隙的程度,单独使用不均匀系数或曲率系数不适用于评价渗透系数的变化;（3）基于试验数据提出了用于堰塞坝渗流破坏形式的判别公式,并推导出堰塞坝管涌破坏的临界水力坡降计算公式。     

新疆叶城“7·6”滑坡泥石流灾害调查与形成机理研究

2016年7月6日晨0时40分左右,新疆喀什地区叶城县柯克亚乡六村发生特大滑坡泥石流灾害,造成重大人员伤亡和财产损失。本研究采用地面调查、访问和遥感解译方法,从滑坡、泥石流形成的地形地貌、地层岩性和水文气象条件着手,分析了滑坡特征与成因,泥石流形成条件、灾害链过程与致灾机理,并对未来本区滑坡泥石流的发展趋势进行了预测。现场调查表明:（1）位于西昆仑山北坡中高山区的六村与七村毗邻区域,在6日凌晨发生的大暴雨,触发了38处群发性浅层黄土滑坡,属蠕滑-拉裂机制,且部分大滑坡表现为远程滑坡-泥流特征;（2）这些滑坡体堆积在“V”形沟谷中形成堰塞坝,其中六村上游发育15处滑坡和2个滑坡堰塞坝,在持续降水和小型沟谷泥石流的作用下,滑坡坝发生串联式溃决而形成堵溃型泥石流,冲毁六村居民区和道路;（3）同时,该毗邻区域两侧存在超过227处的黄土滑坡变形体,未来在区域气候由暖干转向暖湿条件下,强降雨的极端气候事件会增多,若遭遇强降雨,研究区仍然会爆发滑坡-堰塞坝-溃决泥石流模式的灾害,其规模可能比“7·6”事件还大。建议深化本区浅层黄土滑坡变形机理、临界雨量及泥流运动机理等方面的深入研究,同时加强滑坡泥石流的监测和预测研究。     

滑坡堰塞坝堆积形态影响因素离散元分析

滑坡是形成堰塞坝的最主要原因,在地震、降雨、冰雪融水等作用下均可形成滑坡堰塞坝,而滑坡堰塞坝的堆积形态、范围等对评价堰塞坝的稳定性有着重要的影响.通过离散元方法(DEM),系统分析了三维条件下滑动距离、滑面出口宽度、滑面倾角、河床倾角、河谷形状对堰塞坝堆积形态的影响.研究结果表明:滑动距离和出口宽度对坝体高度影响最大;...     

滑坡堰塞坝稳定性研究综述

滑坡堰塞坝是一类典型的地质灾害现象,溃坝将造成极为严重的影响。为了减少灾害的发生,滑坡坝的稳定性研究是关键,文章围绕滑坡坝的稳定性,总结了有关滑坡堰塞坝的形成条件、稳定性的影响因素及稳定性评价方法等方面的研究成果。将滑坡堰塞坝稳定性的评价方法分为定性和定量两大类,其中定量方法又分为统计学,物理模拟,数值模拟和其他等四种方法。但各种方法也明显存在诸多局限性,主要表现在评价方法不成熟,评价内容不全面等,最后针对存在的问题提出了滑坡堰塞坝稳定性研究方面的展望。     

叶城波龙7.20泥石流应急调查及灾害链实时观察

针对叶城柯克亚乡波龙7.20突发泥石流灾害,现场开展了应急科学调查。对沟下游泥石流堆积区进行量测,对上游突发小型滑坡-堰塞湖-泄流全过程开展实时观察。结果发现:泥石流固体物质主要是晚更新世风积土滑坡和中元古变质岩及碳酸盐岩崩塌,水体来源主要是强降雨导致的上游洪水及堰塞湖溃决;沟谷上游以稀性泥石流为主,下游加入了崩塌块体及河道砂砾石,粘度有所增大;堆积区呈块石散落和淤积状态。据现场多个老堰塞坝推测,波龙沟泥石流发生周期约15~20年。现有停车场位于沟口堆积区,需加大极端洪水及泥石流排泄空间,拓宽排导沟槽净空。     

堵江滑坡作坝的主要工程地质问题及利用情况分析

国内外大量的文献资料和作者野外现场调查表明:滑坡堵江成坝形成堰塞湖在山区一带广泛发育,研究发现堵江滑坡作坝存在的工程地质问题主要包括渗透变形、稳定性、沉降及不均匀沉降和砂土液化问题。文中对上述工程地质问题进行了探讨,并对滑坡坝的利用情况进行了实例分析,为开发堵江滑坡坝、堰塞湖蕴含的丰富水利水电资源起指导性作用。     

滑坡堰塞湖溃决风险与过程研究进展

滑坡堰塞湖是山区常见的一种自然灾害,对其溃决风险与过程的科学认知和合理评估是应急处置的关键。外荷载作用下滑坡堰塞体的力学响应、滑坡堰塞湖渐进破坏机理与溃决洪水预测理论是滑坡堰塞湖风险评估研究领域的关键科学问题。本文围绕滑坡堰塞湖形成后的溃决风险与过程展开综述,从定性和定量的角度分别对堰塞湖危险性评价方法进行分析总结,从小尺度、大尺度和超重力场试验技术的角度总结了堰塞湖的溃决机理、溃决过程及其影响因素,从数学方法的角度对堰塞湖溃决洪水预测中经验公式法、简化和精细化数值模拟方法的进展进行总结评价。然而,国内外关于滑坡堰塞湖风险评估领域的研究仍处于起步阶段,空-天-地一体化监测技术、堰塞湖危险性评价中的不确定性问题、堰塞体材料冲蚀特性与溃决机理、堰塞湖溃决洪水精细化模拟等将是未来的重点研究方向。本综述可为堰塞湖防灾减灾和流域水工程风险管理提供有价值的参考。     

堵江滑坡作坝主要工程地质问题及实例

国内外大量的文献资料和作者的野外现场调查表明,滑坡堵江成坝形成堰塞湖在山区一带广泛发育.研究发现堵江滑坡作坝存在的工程地质问题,主要包括坝体的渗透变形、稳定性、沉降及不均匀沉降和砂土液化问题.对上述工程地质问题进行探讨,并对堵江滑坡坝进行实例分析,对开发利用滑坡堵江形成堰塞湖蕴藏的丰富水能资源具有指导作用.     

堰塞湖坝体稳定性研究现状及展望

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级大地震,在灾区形成了30多个堰塞湖,严重威胁了下游人民群众的生命财产安全,引起了世人对堰塞湖坝体稳定的高度关注。本文在前人研究的基础上,从地形地貌、诱发原因、寿命三个方面总结了堰塞湖坝体形成及存在的机理。重点分析总结了目前堰塞湖坝体稳定性的研究进展,指出影响坝体稳定性的内因为堰塞坝的形态与规模、物质组成与结构,外因为堰塞湖湖水体积;总结了前人关于影响坝体稳定性的关键因素以及室内模型试验的研究成果。最后分析了目前研究存在的问题,展望了未来的研究方向。     

汶川八级地震地质灾害研究

汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。通过综合分析堰塞湖库容、滑坡坝高以及坝体物质组成和结构,对地震形成的33处坝高大于10m的滑坡堰塞湖进行了评估,划分出极高、高、中和低4种溃决危险。汶川地震滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,尖点撞击是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,具有地震抛掷撞击崩裂高速滑流三阶段特征。在高速滑流中,发生3种效应:(1)高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1~3km;(2)碎屑流效应,撞击粉碎的土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;(3)铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。青川东河口滑坡碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,滑程约2400m,高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝,致使7个村庄被埋,约400人死亡。     

某水电站近坝堆积体形成演化机制及稳定性研究

研究的堆积体位于怒江下游某拟建水电站坝址附近,其稳定与否对水电站施工及运营均影响重大,因此有必要对其稳定性进行分析评价。通过对该堆积体基本地质条件与特征的调查分析,对其形成机制进行了阐释,并对其整体和局部稳定性作了定量计算,为工程提供可靠的指导依据。     

汶川县渔子溪地震地质灾害特征及灾害链成生分析

渔子溪下游耿达乡-映秀镇河段是汶川地震触发震害最为严重、灾害链效应最为显著的河段之一。本文通过详细的实地调查和遥感影像分析,力求揭示该河段地质灾害的特征及灾害链的成生过程、成生条件。依据震害特征,将地质灾害划分为斜坡中上部强风化岩土体失稳坠落、块状岩质边坡滑移式垮塌及局地暴雨启动型泥石流3类,并分析震害发育规律。调查表明,灾害点的空间展布受控于发震断裂,且北岸发育密度更大,茂汶断裂两侧差异显著。对51个崩塌点及17条泥石流研究发现,地震崩塌灾害主要发生在40°以上斜坡,主要分布在斜坡中上部(0.4倍坡高以上)及地貌突出部位,且大纵比降的壮年期沟谷易发泥石流。同时,诱发因素的转变致使地质灾害向降雨主导的小规模单体崩塌、泥石流方向发展。区内主要存在2种地质灾害链:(1)内动力地质灾害链"地震→崩塌→压迫河道、毁路或形成堰塞湖",其成生过程经历高速启动、滑移运动、堵河3个阶段; (2)内外动力耦合作用地质灾害链"地震→崩塌、震裂山体→暴雨→泥石流→压迫河道、毁路或形成堰塞湖",成生过程可划分为启动、堵塞(沟谷后)溃决、铺床、堵河4个阶段。灾害链的成生条件概括为:脆弱的地质环境; 强烈地震动震垮、震裂高陡斜坡(>50m,>40°); 强降雨及适宜的堵河条件。     

西藏天摩沟泥石流形成机制与成灾特征

西藏林芝市波密县天摩沟于2007年9月、2010年7月、2010年9月和2018年7月分别发生大型和巨型泥石流,4次泥石流活动均不同程度堵塞主河帕隆藏布,淤埋国道318或摧毁桥梁,堰塞湖淹没村道、溃决造成下游塌岸,给当地居民生命财产尤其是交通干道造成极大危害。文章针对以上4次泥石流活动,采用高分辨率遥感影像,对泥石流发生前的孕灾背景进行解译,同时结合无人机航空摄影和地面调查对天摩沟泥石流形成机制和成灾特征进行了对比分析,得到以下结论:(1)天摩沟内冰川发育,年际变化大,目前泥石流形成的主要方式为岩崩和堵溃,其中2018年和2007年为岩崩引发,2010年为堵溃引发,该沟同时具有冰川泥石流和降雨泥石流的特征。(2)经历了2007年和2010年3次大规模泥石流后,天摩沟内斜坡类物源储量增加了19.6%,绝大部分启动的冰碛物和崩滑物源都转化为泥石流沟道堆积物或冲出沟口。(3)天摩沟2018年泥石流容重为2.10g/cm^3,为黏性泥石流,流速快冲击力强,帕隆藏布河道受到挤压多次变道,历史上最大偏移距离为190m。(4)2018年7月11日泥石流成因为降雨条件下加剧冰川消融引发主沟沟源右侧岩崩,形成多阵次泥石流,主泥石流体积18×104m3,淤埋G318近220m。后续依然具有暴发大型泥石流的可能性,建议进行防治降低其危害程度。     

Formation conditions of outburst debris flow triggered by overtopped natural dam failure

Natural dams formed by landslides may produce disastrous debris flows after dam outburst. However, studies on the critical conditions required for the formation of outburst debris flow resulting from natural dam failure are still at an early stage. In this paper, we present the results of a series of laboratory tests that assessed three different materials, five different flume bed slope angles (2°, 7°, 9°, 10°, and 13°), two in-flow rates, and four types of dam geometric shapes. The results showed that the unit weight of downstream fluid increased with increasing bed channel slope. Additionally, a critical flume bed angle was found for debris flow formation. Furthermore, the combination of lake volume and flume bed angle was found to influence the formation of debris flow. A nonlinear trend was observed between the unit weights of debris flow and the uniformity coefficients of solid material. Based on the theory of stream power, a critical condition for debris flow formation from natural dam failure was established. Based on two case studies, the results indicate that the condition that was established for debris flow formation following natural dam failure agrees well with reality.     

大渡河官料河昔木呷沟泥石流特征研究

根据工程地质分析的方法对大渡河官料河昔木呷沟泥石流的形成环境、基本特征、形成演化过程及机制模型、泥石流沟岸坡稳定性评价等进行了分析，并对泥石流活动趋势做出科学的评价预测。对工程建设中的泥石流分析有着积极的指导作用。     

水力类泥石流起动机理与预报研究进展与方向

水力类泥石流是泥石流的一大类型,一旦暴发可造成巨大的人员伤亡和财产损失,因而其起动机理和预报是泥石流学科的前沿课题。尽管国内外研究在该领域取得了显著进展,但是由于该类泥石流起动机理的复杂性,已有的预报模型和其实用性仍然有相当的差距。概述了水力类泥石流起动与预报的国内外研究进展,提出未来该研究方向的主要研究内容。未来研究内容应该包括从环境地质学、地貌学和水文学角度认识水力类泥石流的起动成因和过程及相应的临界条件;研究以水文学为主线的水力类泥石流的起动机理和模型,并提出水力类泥石流的起动水文参数临界条件;建立以临界流量法和分布式水文模型为理论依据的水力类泥石流的预报途径和方法。该研究对加强水力类泥石流起动机理及预测预报的创新性研究和促进学科发展具有重要的科学价值和实践意义。     

山区公路拓宽中新旧路基病害机理分析及防治

在公路拓宽过程中,由于沉降、变形累积和稳定性的差异,在新旧路基之间产生差异沉降,进而会引起原有路基变形,新路基失稳,甚至出现路基拉裂和下沉坍塌病害。以某山区拓宽公路中一段病害路基为例,在调查其病害特征的基础上,分析其形成机理,提出防治方法。     

雅西高速冕宁段主要地质灾害类型及发育规律

在资料搜集、野外地质调查的基础上,对雅西高速冕宁段主要地质灾害类型及发育规律进行了分析总结,以期减少和预防高速公路遭受崩塌、滑坡和泥石流等的危害.研究表明,该区地质灾害类型主要为滑坡和泥石流,且以泥石流为主,具有分布广、密度大、危害性大等特点,在空间和时间上具有群发性和集中诱发的特征;地质构造、地形地貌、新构造运动、地层岩性是导致雅西高速冕宁段崩塌、滑坡和泥石流灾害频繁发生的内在影响因素,降雨、地震及人类工程活动是最为重要的诱发因素.