考虑河床坡度和泄流槽横断面影响的堰塞坝溃决过程试验研究

针对缺乏地形条件和工程处置措施对堰塞坝溃决过程影响研究的现状,采用4种河床坡度（0°、1°、2°、3°）和3种泄流槽横断面型式（三角形、梯形、复合型）,开展了堰塞坝溃决的模型试验。通过分析堰塞坝的溃决流量、溃决历时、溃口发展和坝体纵截面演变过程,研究了不同河床坡度和泄流槽横断面对堰塞坝溃决过程的影响规律。试验结果表明：（1） 堰塞坝溃决过程可分为3个阶段。阶段I：溃口形成阶段,溃决流量较小;阶段II：溃口发展阶段,水流下蚀及侧蚀强烈,溃决流量到达峰值;阶段III：衰减-平衡阶段,粗化层形成,溃口停止发展。（2） 河床坡度增加意味着下游坝坡、坝顶及泄流槽的坡度增加,导致水流侵蚀能力增强,溃口下切迅猛,因此在0°~3°范围内河床坡度越大,峰值流量越大,峰现时间越早,溃决流量过程曲线越趋于“高瘦型”,且残留坝高越小。（3） 泄流槽横断面型式不同导致其槽深、槽宽和侧坡坡度不同,进而影响溃口发展和溃决流量。三角形槽的水土作用面积小,溃口下切及展宽速率最高,峰值流量最大,峰现时间最早;梯形槽的槽底高程最高,水土作用面积最大,溃口下切速率最低,峰现时间最晚;而复合槽介于前两者之间。试验成果将为堰塞坝应急抢险和工程措施的选取提供依据。     

不同初始含水量条件下的堰塞坝溃决机理

在影响堰塞坝溃决的众多因素中,初始含水量影响堰塞坝的溃决机理仍不清楚。通过开展不同初始含水量条件下的水槽试验,详细探究了初始含水量对溃决过程的影响规律。结果表明：不同初始含水量条件下的溃决过程均具有3个典型阶段,分别是牵引侵蚀过程、溯源侵蚀过程和水沙运动再平衡过程;峰值流量随初始含水量的增大而增大,而溃决历时和残留坝体高度随初始含水量的增大而减小;随初始含水量的增大,溯源侵蚀作用逐渐减弱,牵引侵蚀作用增强;随初始含水量的增大,溃口展宽率降低,侵蚀率增大;初始含水量小于7.8%时,平均侵蚀率增长缓慢,大于7.8%后,平均侵蚀率增长迅速,且10.3%初始含水量对应的平均侵蚀率约为7.8%初始含水量的2倍;溃口宽深比在溃决的前两阶段随初始含水量的增大而减小;溃决结束后的宽深比随含水量的增大呈先趋近于1.00、后远离1.00的演变。     

堰塞坝漫顶溃决过程溃口纵向下切与溯源

为进一步了解堰塞坝溃坝过程,开展了9组水槽模型试验,对溃口纵向下切和溯源发展过程进行了系统分析,并讨论了上溯源点移动速度与溃口水深之间的关系。研究发现：非黏性堰塞坝溃坝过程中,冲刷面与底床的夹角时刻发生变化,上、下溯源点位置不固定但也不能完全发展到坝踵;上、下坡面坡度增大到最大值1：1.5时,下溯源点到下游坝趾的最大距离与坝体沿水流方向长度的比值（x_p^*/x_d^*,反映下溯源点最终相对位置）对应降低到最小值0.24和0.18;坝体相对尺寸从1减小到1/2时,x_p^*/x_d^*值从0.38增大到0.47。上溯源点的无量纲移动速度是不断变化的,在无量纲时刻为0.13时,其x,y分量分别达到峰值0.94和0.32;上溯源点处溃口水深出现时刻相对移动速度峰值点出现时刻有延迟,大概延迟0.04个无量纲时间。     

堰塞坝形成机理及稳定性分析

滑坡、崩塌和泥石流是形成堰塞坝的三种主要方式,其形成堰塞坝的条件非常复杂,涉及因素广泛。另一方面,堰塞坝完全堵江形成堰塞湖在世界各国山区广泛分布,时有发生,造成严重灾害。因此,有必要对堰塞坝形成机理及安全性状评估进行研究。本文主要针对滑坡、崩塌、泥石流和碎屑流形成堰塞坝机理进行介绍并探讨了堰塞坝的破坏机制。同时,通过渗透稳定性、抗滑稳定性和抗冲刷稳定性3个方面评估了堰塞坝稳定性分析,以期为堰塞湖的防治与治理提供科学依据。     

不同沟床坡度堰塞坝溃口展宽历程试验研究

为了解堰塞坝在不同沟床坡度地段的溃口展宽历程,进行了沟床坡度为7°~13°,间隔为1°的7组水槽试验。对比分析7组试验观测数据,评价不同沟床坡度对堰塞坝溃口展宽历程的影响。得到如下结果及结论:(1)漫顶破坏的堰塞坝在不同沟床坡度地段的溃口展宽历程是十分相似的,根据其溃决特征,可将其展宽历程划分为溃口贯通、突变和稳定边坡形成等3个阶段。(2)在突变阶段溃口边坡沿x轴方向会发生多次失稳,溃口顶部形态在背水坡呈“S”型,在坝顶呈“U”型,在迎水坡呈“弧”型。(3)不同沟床坡度条件会影响突变阶段的溃决特征,随沟床坡度的增加突变阶段溃口边坡单次失稳规模表现出先增大后减小的特征,溃口边坡失稳次数呈现出先减少后增加的特征。(4)溃口边坡的稳定性主要取决于溃口的侧蚀宽度和下蚀深度,其与溃口顶、底部侧蚀宽度之差呈负相关关系,与溃口下蚀深度呈正相关关系。(5)不同沟床坡度堰塞坝的溃决流量随溃决时间的延长具有相同的变化趋势,但不同沟床坡度堰塞坝的溃决峰值流量和峰值流量到达时间却不尽相同,随沟床坡度的增加峰值流量逐渐减小,峰值流量到达时间先提前后推迟。     

四川汉源康家坡滑坡形成机理与滑坡—堰塞坝—泥石流灾害链分析

2018年8月6日中午12时,汉源县富泉镇西沟发生大规模滑坡,约1.50×10⁶ m³松散碎块石土在前期持续降雨作用下沿西沟右岸高速滑出、解体,并在主沟道内形成堰塞坝,体积约4.00×10⁵ m³。滑坡造成1人失踪,近6.70×10³ m²耕地被毁,紧急转移50余人。通过现场实地调查,结合无人机航飞、三维建模、地质、地震、水文、气象等资料,对康家坡滑坡基本特征进行了调查研究,调查表明,有利的地形条件、松散的覆盖层、充沛的前期降雨入渗及溪水对坡脚的冲刷是形成滑坡的主要原因。西沟原本为一条高频泥石流沟,本文在此基础上分析了堰塞坝溃坝的可能性及灾害链成灾模式。     

滑坡堰塞坝越顶溢流破坏的物理模型实验

滑坡堰塞坝作为结构松散的堆积物,随着上游水位的不断上涨,其稳定性不断降低,并存在突然溃坝的风险。以唐家山滑坡堰塞坝为研究对象,基于相似原理,开展符合坝体颗粒级配的室内水槽物理模型实验,模拟了不同坝后蓄水量、不同水位和不同颗粒物质组成条件下坝体渗流、漫顶破坏的整个过程。监测结果显示：堰塞坝漫顶溃坝主要分为渗流、漫顶、冲刷和溃决4个过程;坝体堆积颗粒级配越差,坝体允许渗流坡降越小;相同材料配比的坝体,上游水位相同时,坝体底部水平位移最大,且漫顶溃坝时溃口尺寸与蓄水量正相关。该研究结果揭示了堰塞坝漫顶破坏规律,可为堰塞坝溃坝防治提供理论参考。     

基于SSA-Adam-BP神经网络模型的堰塞坝稳定性预测

现有的堰塞坝稳定性预测模型多为线性模型,无法充分考虑堰塞坝稳定性与其形态特征和水域条件之间的复杂非线性关系.鉴于此,结合反向传播神经网络模型和樽海鞘优化算法,提出了一种新型的堰塞坝稳定性预测模型SSA-Adam-BP.该模型通过网格搜索法选取确定模型结构的最佳超参数组合,进而利用交叉验证和绘制ROC曲线的方式分别对采用...     

雅砻江流域河道高程剖面上的堰塞坝印记

堰塞坝会对山区河流的纵剖面产生强烈扰动,在某些情况下,堰塞坝造成的河流纵剖面变陡很容易与构造作用下基准面下降的迁移裂点混淆.然而,在何种程度下堰塞坝会影响基于地貌测量的构造分析还没有系统的研究.因此本文选取青藏高原东缘的雅砻江流域为研究对象,利用遥感影像解译,结合数字高程模型(DEM),来研究堰塞坝对河流纵剖面的影响....     

基于地貌特征的滑坡堰塞坝形成敏感性研究

滑坡堰塞坝是由斜坡失稳堵塞河道而形成的天然坝体,且易溃坝诱发洪水,对沿岸群众生命财产构成巨大的威胁。为提升主动减灾防灾能力,急需构建了一种快速预测与判断滑坡堵江成坝能力的方法。通过文献资料查阅,结合遥感技术,提取了70处典型滑坡的地貌特征参数,其中50处为堵江成坝滑坡。运用K-S检验和M-W U检验方法分析了滑坡地貌特征因子的敏感性,利用Boruta算法确定了因子重要度,筛选了滑坡体积、面积、高差、长度及河宽共5个地貌特征参数。基于此,利用Bayes判别法与逻辑回归方法,分别建立了滑坡堰塞坝形成的预测模型,准确率超过90%。选取高重要度且差异显著的因子,利用比值法建立了滑坡堵江成坝阈值判据,实现了滑坡堰塞坝形成的快速判定。统计不同诱因下滑坡地貌特征,对比V-W_r经验公式,确定了滑坡堰塞坝形成与诱因间的关系,为进一步构建不同诱因下滑坡堰塞坝形成预测模型提供了技术支撑。     

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;...     

堰塞坝坝体材料力学特性的离散元方法(DEM)研究

堰塞坝坝体材料的力学特性对其稳定性具有重要的影响。本文基于离散元方法（DEM）,开展不同密实度及颗粒级配（细粒材料和粗粒材料）下坝体材料的直剪试验。从材料应力-应变曲线（宏观）及内部应力（微观）等信息方面,揭示坝体材料的力学特性。结果表明,宏观角度方面,随着坝体材料密实度的增大,峰值强度均有增强,粗颗粒材料尤为明显;对于不同颗粒级配的材料,细粒材料的应力-应变曲线呈现出明显的应变硬化和剪缩特性,而粗粒材料表现为应变软化和剪胀特性。微观角度方面,材料内部主应力的方向随着剪切位移的增加而逐渐发生偏移,且内部力链逐渐集中,进而内部剪切带逐渐发展。材料的颗粒级配决定了内部接触力的分布以及传递模式,粗粒材料中应力的分布主要沿骨架颗粒分布,细粒材料中为均匀分布;材料的密实度则影响材料内部颗粒间的接触形态,密实度越大越有利于颗粒间咬合力的传递,从而对内部应力及力链的大小均有不同程度增强。     

基于逻辑回归原理的堰塞坝稳定性快速评估模型应用研究

堰塞坝稳定性分析是当前的研究热点,准确、快速地对堰塞坝的稳定性进行评估,对应急抢险具有十分重要的意义。基于文献汇编,梳理并对比了国内外典型的堰塞坝稳定性快速评估模型;在此基础上,基于所建立的滑坡堵江数据库,充分考虑了堰塞坝长度对其稳定性的影响,采用逻辑回归方法,建立了基于坝长、坝宽和堰塞湖库容量三参数的堰塞坝稳定性快速评估模型;以白格滑坡堵江案例为背景,采用所提出的三参数堰塞坝稳定性快速评估模型,开展案例应用研究。研究结果表明：所提出的快速评估模型综合正确率为86.7%,误报率为5.1%,工程上偏安全;以白格滑坡堰塞坝为研究对象,开展了案例应用分析,预测的白格堰塞坝稳定性与实际情况一致,反算得到的白格堰塞湖库容量1.4×10⁸ m³,小于实际堰塞湖库容量,这能为堰塞湖灾害的应急抢险提供响应时间。研究结果能为堰塞坝的危险性评价和堰塞湖灾害的应急处置提供有益参考。     

复合点坝侧积周期的成因分析:以密西西比河下游段为例

复合点坝侧积体定量成因分析是河流沉积学研究的难点之一.通过选取密西西比河下游段激光雷达数据,剖析复合点坝侧积体的内部特征,统计侧积体高程数据,发现其符合周期变化的特点.对高程数据进行傅里叶变换计算,得到复合点坝侧积周期,将侧积周期与河道规模进行拟合,两者符合线性关系,拟合度高.深入分析后,认为侧积周期受河流的季节性洪泛...     

潮控河口湾砂坝发育特征及形成因素分析——以钱塘江为例

受河流和潮汐双重因素控制,潮控河口湾储层发育特征及形成因素复杂,导致现代潮汐河口治理和古代潮控河口湾有利含油储层预测困难。本文采用沉积数值模拟技术,以钱塘江为对象,开展河口区砂坝发育特征及成因模拟,揭示河口区砂坝成因与形态、空间、厚度上的发育特征。通过设定不同底床坡度和潮汐能量,探讨河口区砂坝成因的主控因素。研究结果表明:①河口区砂坝形成主要受控于潮汐作用,涨—退潮作用造成砂坝形成、迁移和演变;河口向海方向主要以长条状砂坝为主,河口向陆一侧发育U型坝和复合砂坝;河流段砂坝主要受控于河流水动力影响,潮汐作用不大。②潮汐能量增强,潮汐通道变宽变浅,河口向陆一侧发育的U型砂坝和复合坝多被侵蚀切割呈小型砂坝,向海一侧的小型砂坝逐渐演化为长条状砂坝;潮汐能量变弱时,涨落潮水道短,潮汐砂坝难以形成。潮汐能量中等时,砂坝较为发育,且有连片分布趋势。③随着底床坡度的逐渐增大,潮汐砂坝的集中分布区逐渐向海迁移,砂坝的分异性增加,形态由不规则的点坝,演变为分流砂坝,河流作用影响增强;底床坡度变小,则砂坝向海方向迁移的趋势减弱,此时潮汐作用增强,河口区砂坝由不规则点坝逐渐演变为长条形砂坝,规模逐渐变小。④砂坝的形成和分布受潮汐能量和底形共同作用,在潮汐能量M_2:2.5、S_2:2.1以及底形坡度0.003°下,长条形潮汐砂坝发育且具有典型的潮控河口湾特征。     

复合点坝侧积周期的成因分析:以密西西比河下游段为例*

复合点坝侧积体定量成因分析是河流沉积学研究的难点之一。通过选取密西西比河下游段激光雷达数据,剖析复合点坝侧积体的内部特征,统计侧积体高程数据,发现其符合周期变化的特点。对高程数据进行傅里叶变换计算,得到复合点坝侧积周期,将侧积周期与河道规模进行拟合,两者符合线性关系,拟合度高。深入分析后,认为侧积周期受河流的季节性洪泛周期控制。研究结论为侧积体定量成因分析提供了理论依据。     

基于镁同位素的规模埋藏白云岩形成过程——以塔里木盆地蓬莱坝组为例

地下富镁流体运移机制问题,制约着规模埋藏白云岩形成过程的认识,一直是白云岩成因中地质学家争论的焦点。以塔里木盆地蓬莱坝组埋藏白云岩为研究对象,在岩石学和碳氧同位素、锶同位素与锶元素含量等常规地球化学分析的基础上,通过镁同位素分析,认识了规模埋藏白云岩的形成过程。分析显示,蓬莱坝组不同类型白云岩的镁同位素分布虽有重叠,但是差异明显,藻纹层白云岩镁同位素为2. 34‰~2. 02‰;细中晶残余颗粒白云岩的镁同位素分布范围较广,为2. 24‰~1. 66‰,平均为2. 04‰;粗晶白云岩的镁同位素主要集中在2. 24‰~1. 89,平均为2. 05‰;蓬莱坝组灰岩镁同位素为3. 63‰和2. 82‰,较白云岩明显更偏负。镁同位素与氧同位素、锶同位素和锶元素含量在高频旋回中表现出规律性的旋回变化,对应三种白云岩形成过程：向上变轻- 渗透回流叠加埋藏云化、向上变重- 蒸发泵叠加埋藏云化和向上变重- 埋藏云化模式。进一步,通过白云石晶体变化与锶元素含量变化明确了埋藏云化流体的侧向运移和白云石晶体响应规律。认识到厚层白云岩是由多期白云石化作用叠加而成,既有层内云化流体也受源外云化流体影响,受沉积相和构造埋藏演化史共同控制,海平面波动下大量叠置发育的准同生白云岩是规模埋藏白云岩形成的关键。特别是,基质孔发育的渗透回流型准同生白云岩,在高频层序格架下占比越高、越频繁,越有利于埋藏云化的顺层渗透扩散,进而形成规模埋藏白云岩。     

泥石流的运动规律分锨防治建议——以湘南白岭沟泥石流为例

文章以湖南省南部白岭沟泥石流灾害为例，对其运动规律进行了计算分析，提出了有针对性的综合治理措施，对历史上没有观测资料的泥石流灾害的治理具有一定的指导意义。     

压力对稀土元素分配系数相对变化的影响——以宽甸、汉诺坝玄武岩中巨晶矿物为例

通过对与寄主岩(碱性玄武岩)具有化学平衡或近于化学平衡关系的巨晶(石榴石、辉石和角闪石)的REE分配系数的研究,发现其REE分配系数的对数值相对于元素半径呈抛物线性变化。抛物线的顶点位置不但随矿物种类的不同而不同,而且对同一矿物也是变化的。随压力增大,同一种矿物的分配系数抛物线顶点向离子半径小的元素方向偏移,可以认为在不同深度生成或演化的玄武岩岩浆的REE分布模式受压力的影响较大。     

基于模糊数学综合评判的库岸稳定性分段——以新疆某水电站近坝库岸为例

从影响库岸稳定性的诸因素中筛选出六个主要因素：坡度、坡体形态、坡体完整性程度、库水面宽度、主风向与库岸夹角及坡体结构,根据其影响程度确定了它们的权重,将库岸稳定性分为良好、较好、较差和差四级。按照各个影响因素对斜坡和各级稳定性的影响不同,对各单因素进行离散化处理,得到各影响因素的隶属度矩阵。通过对各单因素矩阵与影响因素权重运算,得到各个单元分区的稳定性评价结果。运用该方法对新疆某水电站近坝库岸段20km的稳定性进行了评价,认为稳定性较差库岸段总长约4.1km,占20.3%,主要为地质灾害分布处及工程地质条件较差的地段。该综合评判成果与现场勘察及遥感解译结果较为一致。