泥石流源区砾石土的粒度分形特征

以19条泥石流沟源区75个砾石土试样的颗分数据为基础,应用分形理论研究泥石流沟源区砾石土粒度组成特征,并对粒度分形特征与土体颗粒组成的关系进行了讨论。结果表明:1.粒度分布具有分形特征,以一重分形特征为主;2.一重分形特征表明土体各粒组的含量连续分布性较好;二重分形表明土体各粒组的含量连续分布相对较差,某一粒组含量存在突变;3.所研究的沟道平均粒度分维值Da在2.45～2.78间,且平均粒度分维值Da随粘粒含量Pc增加逐渐增大,具有一重分形特征的沟道二者满足关系式Da=0.108ln(Pc)+2.511。最后探讨了研究源区砾石土粒度分形特征的意义。     

震区砾石土泥石流起动临界状态与力学性状

虽然汶川震区的松散砾石土历经近10年的自然固结过程,坡面植被恢复良好,但灾后持续活跃的泥石流等地质灾害告诉我们,了解这类因地震产生的砾石土的力学性状,仍然是理解灾区地质灾害肆虐的最重要的方面之一。本文以汶川县映秀镇牛圈沟泥石流源区的砾石土为研究对象,采用人工水槽模型试验与三轴测试,观察泥石流起动时砾石土的宏细观现象,分析粗细颗粒含量变化对砾石土干密度的影响,并从临界状态土力学角度,探讨了泥石流起动时砾石土的力学性状,提出砾石土临界状态数学表达式。结果表明:(1)泥石流起动时间、模式与初始干密度密切相关,其过程伴随着干密度和孔隙比的变化;(2)细颗粒迁移与粗细颗粒含量调整引起土体内部细观结构重组是干密度与孔隙比变化的主要原因;(3)相同级配的砾石土在等同围压条件下排水剪切,会近似达到一个临界孔隙比;(4)砾石土力学性状可根据其状态参数(e,p')与e_c-p'平面临界状态线的相对位置来判断;(5)砾石土边坡在降雨淋溶下失稳形成泥石流,坡体内同时存在剪胀与剪缩两种力学性状,且以剪胀为主。本文研究成果一方面能对泥石流起动机理的理论体系进行完善与补充,另一方面能为震区砾石土泥石流的防治预警预报提供初步依据。     

泥石流源区弱固结砾石土的渗透规律

泥石流源区砾石土的渗透过程是泥石流形成全过程中不可缺少的一个子过程，该研究对泥石流形成规律的认识和对泥石流汇流计算具有重要的意义。为此，笔者与日本学者一道选择蒋家沟支沟——大凹子沟的弱固结坡积物坡面做径流产流实验，实验区面积4000cm^2，实验用可控的头降雨，通过接收和量取超渗产流的量，判断土体是否达到稳定下渗，得出初始下渗率为0．55mm／min，参数口为0．56。通过下渗率与时间关系的曲线描述．建立泥石流源区砾石土的渗透方程，该方程可用物分析泥石流源区激发雨量过程的渗透规律，同时揭示泥石流源区产流过程地表径流的形成机理及其与流体能产生及流量的关系。通过大凹子沟1994-06-15-16日的降雨资料可计算出超渗产流为0．415mm／min．其总流量占泥石流总流量的17．8％。     

泥石流颗粒组成的分形特征

泥石流是主动的流域物质输移形式,土体的颗粒组成决定了泥石流的活动。不同地区、不同流域、不同密度的泥石流样本分析表明,高密度(如籽s>2g/cm3)泥石流的颗粒分布曲线总体上具有指数形式,指数呈现出显著的区域性差异。泥石流多发生在一定的指数区间;颗粒组成具有良好的分形特征,不同密度泥石流颗粒的分形区间不同,这个区间可以认为是形成泥石流结构的颗粒区间,从而也确定了泥石流基质的颗粒界限;颗粒的分维随密度变化,密度越大(大颗粒含量越多),分维越大。颗粒的分形结构也是颗粒孔隙的分形结构,它决定了土体的液化,因而也决定了泥石流所表现的特征。     

泥石流颗粒组成的分形特征

1 IntroductionD ebris flow s in certain sense are a process of m ass interchanges through erosion and depositionbetw een the fluid and the sedim ent; and the interchange of m aterial caused change in thestructure of the flow s that can be ultim ately redu…     

泥石流的分形特征及其意义

分析了泥石流流体和堆积物粒度分布的分形结构特征，其分维值介于２￣３之间，平均值分别为２．７１和２．６５左右。研究了泥石流沟水系的分形特征及其在不同观察尺度下分维的变化特征，结果表明，分维可作为描述泥石流粒度成分和泥石流沟水系的参数，反映了泥石流活动的形成演化特征，在此基础上，论述了分维的研究意义。     

锡林郭勒草地表层土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系

在锡林郭勒草地以400 m为间距均匀布设160个样点,采集各点表层0~1 cm土样,测定土壤机械组成,计算土壤粒度分形维数,分析锡林郭勒草地景观尺度土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系。结果表明：（1）分形维数越小,土壤质地越粗,分形维数与小于0.05 mm细颗粒含量显著正相关,与大于0.05 mm粗颗粒含量显著负相关;（2）分形维数随土地利用状况的变化趋势为禁牧>轻牧>中牧>重牧>耕地。在草地条件下,土壤容重值越大,分形维数越小;在耕地条件下,二者无显著相关关系;（3）分形维数越大,风蚀危险性越低,分形维数越小,风蚀危险性越高。     

东南地区泥石流活动与降水气候特征的关系

我国东南地区以低山丘陵为主,泥石流活动频率较低,但因经济发达和人口稠密,泥石流易导致严重灾害.东南地区绝大部分泥石流由降水引发,泥石流活动与降水特征间存在紧密的关系.在收集整理了近年来46个泥石流灾害事件后,分析了泥石流活动与各降水气候特征间的关系.分析结果显示,诱发泥石流灾害的5 d降水量和15 d降水量与降水气候特征间的关系最为密切,其函数关系可用于评估泥石流临界降水量,并作为该区域泥石流区域预报的因子.     

泥石流堆积特征及其斜坡稳定性评价

以往对泥石流的研究多集中在活动泥石流及其危害方面，边坡稳定性评价中，常据泥石流堆积体边坡看作均质边坡。通过对川西山区若干典型泥石流堆积边坡的研究，划分了泥石流的堆积类型，发现泥石流堆积边坡并非一种完全均质边坡，而是一种具有控制性沉积结构面的堆积边坡，并论述了不同类型泥石流堆积边坡的控坡要素及其边坡稳定性。     

独库公路冰川泥石流分布及其特征

对独库公路冰川泥石流的考察及重点泥石流沟的观测，摸清了９条泥石流沟的分布，泥石流发生概况、危害和形成的水文气象条件。以实测资料分析了公路沿线冰川泥石流运动规律基本特征和形成机制。参与泥石流形成的主要水源为融雪水、冰崩和冰川融水，其次是暴雨和冰川融水的叠加所形成的洪水，实测最大容重为２．４６ｇ／ｃｍ￣３。     

坡面泥石流演化模式及其试验

坡面泥石流是斜坡地貌演化的重要环节,也是我国山区公路的主要水毁灾害,具有分布广、出现频率高、致灾作用强等特点。从地貌演化观点,将坡面泥石流演化模式分为顶部刮铲演化模式(模式1)、溯源挖掘演化模式(模式2)和局部饱和孕滑演化模式(模式3),其中模式1遵循蠕滑→滑流→刮铲滑流→沉积演化过程,模式2遵循前缘开裂→崩滑→链式崩滑→沉积演化过程,模式3遵循局部饱和→蠕滑→滑流→沉积演化过程;针对坡面泥石流演化模式3,选取前期降雨量120 mm和降雨强度15 mm/(10 min)的试验工况,前期降雨分4次,降1 h,停2 h,强降雨分4次降雨实施,降1 h,停30 min,通过室内模型试验,通过试验过程中土体参数实时监测分析了前期降雨入渗阶段土体中含水量、孔隙水压力的变化规律,强降雨阶段揭示了局部饱和阶段、蠕滑阶段、滑流阶段和沉积阶段随试验过程的变化过程,量化了饱和区、蠕滑区、滑流区、沉积区的面积大小与试验持续时间的关系;初步分析了坡面泥石流演化过程研究的复杂性及研究趋势,尤其应高度重视坡面泥石流演化各阶段的力学机制描述与转换问题研究。     

蒋家沟5种植被土壤分形特征与养分关系

运用分形模型,对云南东川蒋家沟不同植被类型土壤颗粒的分形特征及其与土壤养分的相关性进行分析,结果表明:1.5种植被类型土壤的分形维数不同,介于2.47~2.59,大小顺序依次为:花生石榴新银合欢草地坡柳,花生和石榴所代表的坡耕地的分形维数显著大于新银合欢、草地和坡柳所代表的植被恢复用地。2.分形维数与粘粒(0.002 mm)、粉粒(0.002~0.05 mm)的含量呈极显著的正相关关系,坡耕地的粘粒、粉粒含量高于植被恢复用地。分形维数与土壤的有机质、全氮、水解氮含量呈显著负相关关系,与有效磷含量呈显著的正相关关系。植被恢复用地的有机质、全氮、水解氮含量均高于坡耕地,新银合欢的有机质、全氮、水解氮含量低于坡柳和草地,花生、新银合欢和石榴的有效磷含量高于坡柳和草地。3.分形维数能够反映土壤的颗粒粒径分布及养分状况,可作为评价蒋家沟土壤结构稳定性与土壤肥力的一个重要指标。因此,蒋家沟应减少耕作,加强植被恢复,植被类型以改善土壤结构、提高土壤肥力效果较佳的草本和灌木为主。     

云南东川蒋家沟宽级配砾石土原位渗透试验初步研究

土体的渗透试验是研究滑坡转化泥石流起动过程和机理的重要研究手段。选择泥石流典型流域——云南东川蒋家沟的泥石流源地土体和堆积土体进行原位土体渗透试验。由于宽级配砾石土的与众不同的特征，表现出特殊的渗透特性。通过试验发现：1．泥石流源地土体的渗透特性的原位渗透系数依次由大到小顺序为林地→耕地→灌丛→荒地→滑坡前缘；2．有表层的堆积土体的渗透性比去除了表土层的渗透性小得多；3．堆积土体的侧渗性很大。结合蒋家沟径流与人工降雨实验，发现在宽级配砾石土体中渗流出的浑水中有许多细颗粒土体，可以认为宽级配砾石土体的渗流不同于一般的渗透，其伴随有细颗粒土体的运移，随时间发展土体渗透性在空间上和时间上都在不断变化。     

河南省城镇体系空间结构的多分形特征及其与水系分布的关系探讨

基于河南省城镇体系空间结构的多分形性质及其与水系的分维关系的实证探讨发现如下地理规律:①在较大标度范围内,河南省城市体系的空间结构为简单分形,但在较小标度范围内,系统已经具有明确的多重分形特征;②多分维谱在参数q≈-4处出现标度间断,从而城市体系的空间结构发生对称破缺。③城市体系空间结构的分维小于水系空间结构的分维。由此证明:第一,多分形是由单分形演化而来,城镇体系的多分形结构是基于地球表面的分形支体由测度集中区向测度疏散区渐近发育的。第二,城市体系的分形发育与水系的分维结构具有一定的数理关系,城市体系的分维理当小于水系维数。     

粘性泥石流应力应变特征的初步试验研究

采用自己最新研制的泥石流流变仪，测试自然界活泥石流体的样品，发现粘性泥石流体在低速率受剪时具有应力过冲和剪切稀化等特征。这些特征的讨论和认识，为进一步深化泥石流模型理论研究奠定了基础。     

蒋家沟及其邻近地区泥石流堆积物的组成特征

云南东川蒋家沟及其邻近地区是我国泥石流分布最广、活动最强烈的地区之一,每条山沟几乎均为流石流沟,沟口都有面积不同、厚度不一的泥石流堆积扇,为开展泥石流堆积物组成和性质的研究提供了良好的条件,本文主要通过实验分析,探讨蒋家构及其邻近地区泥石流堆积物的机械、化学和矿物组成特性。     

流域特征曲线与泥石流活动

小流域是最活跃的地貌单元,泥石流是小流域演化中最剧烈的过程,是沟谷物质输移的最极端形式。以积分形式重新定义沟谷的比降,则比降曲线的变化直观反映了流域物质通过沟谷的改变。而流域的变化可以通过Strahler的流域的面积-高程曲线来表示。比降曲线与面积-高程曲线的自然联系,将泥石流活动问题与流域演化问题自然联系起来。以云南东川蒋家沟源地小流域面积-高程曲线为基础,具体讨论了流域可能发生泥石流的曲线形态和演化趋势。这样,有可能通过流域的形态特征来认识泥石流的长期演化。     

长江上游蒋家沟泥石流输沙年际变化与降水旋回特征关系

根据小不流域1956～2002年的降水资料,运用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法和自相关函数,发现1990代降水旱现显著增加的趋势,其降水年均值比前期年均值增加96.5 mm(16.2%).并结合37 a气候变化下的蒋家沟高频率暴雨泥石流输沙最时序观测资料,分析了降雨变化与泥石流输沙量的关系,结果显示1990年代泥石流输沙量有显著增加的趋势,1990年代的年均输沙量比前期(1965～1989年)的年均输沙量多91×104m3/a.反映了暴雨泥石流输沙年际变率对降水年际变化的回应关系.本文已经初步揭示暴雨泥石流灾害活动年际变化的基本规律,并且为未来暴雨泥石流中、短期时间尺度的预测研究提供一条新路.     

泥石流运动流型与流态特征

泥石流的运动流型与流态是研究泥石流运动力学的重要内容。以云南东川蒋家沟泥石流运动观测为例,对阵流型、连续型、复合型三种流型及相应的流量过程特征进行了分析;借鉴水力学的流态理论,对天然沟遭中泥石流的流动状态(即层动流、波动流现象)进行了探讨分析,指出在一阵流动过程中也会出现几种不同流态特征。     

泥石流的径流量与流量分布特征

在泥石流危险度评价中，泥石流的规模和频率通常被视为最重要的两个特征因子，但在区域性的研究中，两者之间的关系并没有充分地表现出来。利用蒋家沟的大量观测数据，对流量、径流量这两个最能反映泥石流规模的参数，进行统计分析，分析流量与径流量的分布特征，从一个侧面反映泥石流规模和频率之间的关系。结果表明，尽管频率随流量和径流量规模的增大而减小，但在定量上，不同事件之间存在明显的差异，这是由泥石流的自身特征决定的，因而分布特征也反映了泥石流活动的本质。