沟床起动型泥石流预报研究

贵州省望谟县2011年6月6日暴发了特大山洪泥石流,其中暴雨中心所在的打易镇多处暴发泥石流。短历时强降雨激发了沟床起动类型的泥石流。本文通过对贵州望谟河流域群发泥石流的调查,得出该流域的66条沟中,22条沟无沟床起动类型泥石流暴发,25条沟暴发沟床起动类型泥石流,还有19条沟无法确定是否有沟床起动类型泥石流暴发。在前期工作基础上,提出了地质条件和降水条件因子的改进方法;并在前期工作的3大条件（地形条件、地质条件和降水条件）之间的关系基础上,由贵州望谟群发泥石流数据得出改进沟床起动类型泥石流的临界值,提出了泥石流的预报模型。本文模型在我国西南地区的泥石流验证中非常成功,为泥石流的预报提供了一个新方法。预报模型中的地形因子和地质因子还可以判断泥石流流域的暴发频率,为正确地判断泥石流流域的特征打下了基础。预报模型也可以估算泥石流的暴发规模,为定量地预测泥石流危害范围提供了依据。     

基于沟床宽度与颗粒粒径的泥石流精细化预报模型

泥石流形成区沟床宽度和颗粒粒径对沟床起动型泥石流的发生影响很大,在强烈地震影响区内显得尤为突出,但目前的泥石流预报中还没考虑到这两个因素,无法准确预测强震区泥石流的发生.在泥石流10 min和1 h精细化预报模型基础上,通过现场调查群发泥石流事件,结合汶川地震强烈影响区泥石流的演化特点,引入了泥石流形成区沟道宽度和颗粒粒径的影响,建立了改进的精细化泥石流10 min和1 h预报模型,并在贵州望谟打易和四川德昌群发泥石流、汶川地震强烈影响区的文家沟多次泥石流事件中获得了很好的验证结果,得出泥石流形成区的颗粒粒径代表泥石流的地质因子,泥石流形成区沟床宽度代表泥石流的地形因子之一,这2个因子在泥石流发生中的作用都非常重要;改进的精细化10 min和1 h预报模型以及临界值,可以用于强烈地震区和一般的泥石流预报.      

沟床起动型泥石流的10 min降雨预报模型

针对沟床起动型泥石流的诱发因素为高强度短历时的降雨,提出10 min降雨强度是这类泥石流暴发的关键。在1 h预报模型的基础上,基于云南蒋家沟的多年泥石流观测资料,修正了1 h预报模型的降雨参数,并得到了10 min降雨预报模型。10 min降雨预报模型在中国西部的其他流域,如云南浑水沟、贵州望谟县打易区域泥石流沟、四川三滩沟、四川雅安陆王沟和干溪沟、甘肃柳湾沟、甘肃马槽沟等流域的验证中,取得了较好的结果。10 min降雨预报模型是部分建立在泥石流的形成机理上的模型,并不是完全的统计模型,因此该模型也可以用于其他地区的沟床起动类型泥石流预报。     

泥石流泥痕深度的计算研究

泥石流泥痕深度是一个通过勘测调查获取的重要参数,它直接关系到泥石流运动流速、冲击力等特征参数的定量计算。但实际调查中却往往因为时间久远、沟道冲淤变化等原因致使泥痕痕迹难以准确判断,甚至无法判断而造成误判。鉴于此,本文试图通过泥石流流量、流速等参数间的数量关系推算出泥石流泥痕深度的计算方法,并以工程实例验证其具有一定的实用性,可为相关研究与设计提供参考。     

黏性泥石流对球型大颗粒启动的临界条件分析

泥石流是一种破坏力巨大的地质灾害,其破坏力主要来源于浆体中裹挟的大颗粒。相近速度情况下,相同体积的大颗粒比液相浆体拥有更大的冲击力。本文针对黏性泥石流沟内大颗粒的滚动启动,建立了合理并且较为简洁的计算模型。水流条件是泥石流爆发的关键因素,通过分析计算球型大颗粒在浆体冲击下受到的上举力、推移力、有效重力等,考虑支承颗粒和启动颗粒相对位置的随机分布问题,求解大颗粒临界启动时的力矩平衡方程,得到对应的上游来流临界条件。临界启动流速公式符合普适性规律,并且通过计算流体软件FLUENT对3个典型算例的数值模拟,得到的数值解与理论解吻合得较好。本文结论对黏性泥石流沟的防治工程设计,特别是水石分流中排水流量的计算具有一定借鉴意义。     

某管道穿越青白江的冲刷深度计算

针对某管道穿越青白江河道的工况,采用管道河流穿越工程中广泛应用的冲刷经验公式,对该穿越段的冲刷深度进行计算,并分析计算结果的合理性与可靠性,提出了符合实际情况管道穿越段稳定地层,为某管道穿越段水工保护工程设计与工程基础埋深的确定提供了技术参考和较可靠的科学依据。     

长江南京河段河床纵向冲刷深度厘定方法剖析

长江属于特大型河流,其河床纵向冲刷深度影响到穿、跨越长江工程的方案设计与施工方法确定.本文通过几个对长江南京河段河床纵向冲刷深度厘定结果的对比分析,剖析了这几种厘定方法的适应性.长江多年非汛期水下地形图测量结果,实际反映的是河道多年冲淤动态趋势,不能代表洪水期大洪水对河床的冲刷作用,这种冲刷深度不能正确反映其河床纵向冲刷深度;汛期实测的纵向冲刷深度,有时包含着深槽与浅滩相互转化过程的假象,不能依此为根据而同其它断面进行纵向冲刷深度类比;动床河工模型试验被公认为可以解决这一难题,但也受到试验过程中诸如边界假定、相似性取值(即相似比尺)的影响,各家试验结果有所不同,再者,由于动床河工模型试验周期较长,对于时间紧迫的工程决策,往往难以采用,而采用工程地质分析法确定河床纵向冲刷深度亦较适宜.     

恒定渗流作用下泥石流起动过程冲刷试验分析

渗流是泥石流水动力条件主要来源之一,不同渗流流量具有不同的渗流力和冲刷力,从而可引起不同规模泥石流。通过开展室内水槽试验,利用测压管量测渗流过程中的孔隙水压力,并结合高清摄像技术从微观角度记录堆积土体内部细颗粒的运移、骨架颗粒的坍塌现象,以此分析研究土体渗透破坏、起动形成泥石流过程中的渗流和冲刷作用。在此基础上设定水槽坡度为7°,调节恒定渗流流量分别为120、170、265、320 ml/s,分析不同恒定渗流流量对固体堆积物失稳、泥石流起动过程中流态变化的影响。分析结果表明,在恒定渗流流量作用下,堆积土体内部细颗粒迁移、骨架颗粒坍塌造成土体颗粒重排列、孔隙水压力上升进而导致土体抗力降低是泥石流土体颗粒失稳、起动、冲刷的重要原因;随着渗流流量增加,流速迅速上升,土体内孔隙水压力逐步增大,骨架颗粒的失稳、移动主要受渗流及水流冲刷两方面共同作用,堆积土体颗粒的移动分别表现出缓慢小幅滑动后稳定、过渡型滑动和快速流滑现象。     

黏性泥石流沟道侵蚀启动机制研究

黏性泥石流具有非常强的侵蚀能力,在其运动过程中不断地对沟道进行下蚀和侧蚀,并将沟道中大量的松散物质带走,增大了泥石流的危害性。根据黏性泥石流本构模型和土体抗剪强度理论,以极限分析的上限定理为工具,在假定沟床以圆弧面侵蚀的条件下,研究了黏性泥石流运动对沟道土体的侵蚀启动机制,建议了相应的计算公式和判断准则,讨论了泥石流重度、沟道坡降、土体强度等因素对沟道土体受泥石流侵蚀启动速度的影响。     

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。     

矿山泥石流沟谷形态的分形分维

以2个区域的矿山泥石流为背景,利用分形理论分析了矿山泥石流沟谷形态特征,并与4个区域的自然泥石流沟谷形态进行比较研究。沟谷形态的分形维数具有相同的地学意义:维数越小,该要素对沟道及泥石流的发育和形成的影响越大。沟道比降、汇水面积和沟道长度3个沟谷形态要素中,汇水面积影响最为显著;但矿山泥石流沟谷具有汇水面积少、沟谷尺度小,沟谷比降陡的特点;在此基础上提出了自然—矿山型泥石流的概念。     

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。     

粘性泥石流体的应力应变特性和流速参数的确定

文章从粘性泥石流体的组成，应力应变特性和减阻作用的观测试验入手，揭示了粘性泥石流体运动的阻力特性，探讨了粘性泥石流流速公式中的曼宁糙率系数的表征。粘性泥石流体运动的阻力特性主要与沟槽特征以及泥深和粘附层流变特性有关。根据高、低不同阻力的粘性泥石流浆体的泥砂比，浆体介质的流变参数（ηp、τBf）和体积浓度（Cvf)，可获得不同阻力介质状态下统一的阻力糙率系数与它们的相关式，以此来确定曼宁糙率系数。     

灰色关联法在泥石流危险性评价中的应用

选取了一次泥石流（可能）最大冲出量,泥石流发生频率,流域面积,主沟长度,流域相对高差,流域切割密度,24h最大降雨量,松散固体物质储量8个因素作为泥石流危险性的影响因子.运用灰色关联分析法,选取云南蒋家沟泥石流作为参考系列,通过比较泥石流沟之间的相似性来预测其危险性.最后,用于西藏八宿泥石流危险度评价,结果表明此方法是可行的.     

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。     

论小流域内泥石流物源的判别—以康定县子耳沟为例

小流域内松散碎屑物质的稳定性及储量可以作为泥石流沟判别的依据。本文以康定县子耳沟为例,通过对滑塌面积率、不良地质体长度比、流域内暴发泥石流的碎屑物量最低标准三个指数的计算,判定子耳沟流域内松散碎屑物质物源丰富且不稳定,泥石流暴发可能性大。这种方法的应用,可以指导泥石流的预报预警和防灾减灾工作,判别山区小流域暴发泥石流的易发程度及规模。     

基于机载LiDAR技术的泥石流物源侵蚀量定量评价研究

泥石流物源是形成泥石流的三大基本条件之一,物源侵蚀堆积变化量则是衡量泥石流规模和频率的重要指标,然而目前采用常规技术手段仍难以实现对物源侵蚀堆积变化的定量研究。针对这一问题,本文以西昌市邛海水厂后山冲沟泥石流为例,采用机载LiDAR技术建立了该流域雨季前后的高精度数字高程模型（DEM）,并基于此开展了泥石流物源侵蚀量定量评价研究。结果表明：邛海水厂后山冲沟流域总体过火面积达65%,流域内主要发育坡面堆积物源、崩滑堆积物源以及沟道堆积物源;两期次高精度DEM数据差分叠加可实现泥石流物源侵蚀量的估算,该沟雨季前后泥石流物源侵蚀减少量为12209 m³,物源侵蚀变化呈分布区域广、数量多、散状发育的特点;泥石流物源的启动以坡面堆积物源侵蚀为主,侵蚀厚度多在0.5 m以内;邛海水厂后山冲沟泥石流在今后一段时间内将以高频泥石流为主。

     

低频泥石流特征及防治 --以四川汶川县茶园沟为例

低频泥石流指30a以上发生1次的泥石流。尽管发生频率很低，但由于自身的特征及人们认识上的原因，其造l戒的人员伤亡和财产损失却居各类泥石流之首。对低频泥石流的研究在预防和减轻泥石流灾害方面有着重要意义。文章以2003年8月9日发生在四川汶川县茶园沟的泥石流为蒯，采用形态调查法和称重法等方法确定了流量、流速及重度。分析了其物质来源及形成的自然和人为原因，探讨了低频泥石流的特征。针对低频泥石流的低频性、破坏性和隐蔽性特点，同时考虑到低频泥石流沟的防治受保护对象的重要程度及资金投入等因素的限制，提出了进行泥石流危险性分区、搞好小流域水土深持、普及泥石流防灾减灾知识及加强监测和预警预报等措施，这对减轻低频泥石流区的灾害有一定的借鉴意义。     

云南维西哈达沟中频泥石流特征及堵溃危险性分析

中频泥石流具有较大危险性和暴发周期较长的特点,人类活动会诱发其发生并加剧其成灾严重程度,当沟道不能满足泄流输水能力时将发生堵溃,危及两岸甚至是主河河道安全。由于目前中频泥石流危险性分析的缺乏,因此以云南省哈达沟中频泥石流为例,探讨其特征和再次发生泥石流及导致沟道堵溃的危险性,并提出防治建议。结果显示：泥石流重度1.62 t/m3,泥石流沟口流速4.794 m/s,基于暴发频率10%情况下的沟口峰值流量为54.43 m3/s以及一次冲出总量为11072.03 m3;在下游沟道处修建有涵洞,其过流量为16.5 m3/s,小于20 a一遇泥石流流量,一旦发生大型泥石流,则有堵溃危险。研究发现哈达沟中频泥石流危险度为高度危险,堵溃历史判断其再次发生沟道堵溃并有泥石流堵塞腊普河的可能性。     

粘性泥石流入汇区河床堆积动力学研究的问题与展望

粘性泥石流入汇主河极大地改变了入汇区的河床堆积地貌,其动力学实质是非牛顿流体与牛顿流体的交互作用,合理描述粘性泥石流入汇区河床堆积动力过程对于划定粘性泥石流风险区范围和认知流域地貌演化具有重大意义。粘性泥石流入汇区河床堆积体时空演化过程有别于粘性泥石流在地表的纯堆积过程,通过回顾国内外学者在泥石流入汇区堆积动力学方面的研究成果,可以发现在粘性泥石流入汇区内堆积现象复杂,存在"阵性"输移、"元堆积"和龙头"水滑"等特殊现象。但目前的研究对泥石流和水流交互机制都进行了简化,一是将粘性泥石流视为挟沙水流,直接采用异重流方法;二是将粘性泥石流视为"半固态",只考虑水流的输沙特征,研究认为基于这样的简化不足以描述粘性泥石流入汇的物理过程和特殊现象,也低估了粘性泥石流交汇区冲击速度和堆积范围。同时,根据粘性泥石流入汇区河床堆积动力过程的研究现状,结合粘性泥石流入汇的特殊运动过程,提出未来可开展的工作：一是粘性泥石流入汇的物理过程和其交互机制的合理简化;二是普适性高的粘性泥石流-水流堆积动力学模型的建立。