根据泥石流沉积物计算泥石流容重的方法研究

泥石流的容重是泥石流的最重要的参数之一,用简单易行的方法获得泥石流的容重因泥石流灾害的评估和泥石流的防治的需要显得日益重要。分析了泥石流的组成颗粒中3个分别代表粗颗粒,细颗粒和粘粒颗粒的颗粒粒径,即2 mm、0.05 mm和0.005 mm,及它们的百分含量与泥石流容重的关系。在对泥石流的组成颗粒的研究中发现泥石流中的粗颗粒,细颗粒和粘粒颗粒的百分含量与泥石流容重都有一定的关系,但因地区的差异这种关系不是唯一的。粘性泥石流中的粘粒含量与物源区的粘粒含量相当,稀性泥石流的粘粒含量远大于物源区的粘粒含量。用粗颗粒和细颗粒百分含量计算的泥石流的容重与泥石流观测样和沉积样对比有较好的一致性。根据泥石流沉积物计算的泥石流容重应服从根据沉积物的特征判断的泥石流类型和框定的泥石流容重范围。     

甘肃陇南泥石流容重确定方法探讨

容重在泥石流防治工程设计中处于重要地位,如何有效获取准确的容重值十分关键。对近年来甘肃陇南地区常用的几种计算泥石流容重的方法进行汇总,选择典型泥石流沟谷水眼沟、马家沟进行试用,各种方法计算结果趋于一致,说明这些方法在该地区具有较强的适用性。多种方法计算认为:选取泥石流容重计算方法时,首先应做出较为准确的宏观判别结果,有效地指导计算方法的使用;要采用至少3种以上的方法进行计算后对比确定泥石流容重;在有条件采用现场试验的地方,要优先使用现场调查试验法,然后采用地区经验公式或相关统计模型进行计算分析对比。     

基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算

泥石流灾害的防治通常采用“稳、拦、排”的基本模式,但对于不具备排导条件的泥石流治理方法,仍在探索之中。本文以阿勒泰布尔津县科克逊泥石流为例,对排导受限条件下的泥石流防治模式进行了探索性的分析研究,提出了“上游拦挡物源、中游稳固沟道和消能、下游综合排导”泥石流治理新模式。该模式在稳定和拦截泥石流物源的基础上,充分利用下游地形地质条件,在下游沟口地形开阔处修建拦水堤坝,坝前设置渗水区,拦截和储存水体,借助该区地层良好的渗透性,使临时储存的水体快速下渗转化为地下水进行排泄,从而有效达到治理泥石流灾害的目的。本文以新疆布尔津科克逊泥石流为例,系统分析了研究区地形地貌、水文、工程地质条件、下游堆积区地质结构等,优化了工程布局和结构设计,通过现场工程应用验证了新模式的可行性和有效性,并根据不同地质条件、气候特征、社会经济情况等提出了相应的适应性调整措施,提高泥石流防治的长期有效性,成果可为排导困难区域的泥石流防治提供借鉴。     

泥石流容重的时空变化特征及影响因素研究

为了探索泥石流容重在不同时空条件下的动态演化特征及其影响机制,基于蒋家沟1995年以来的泥石流观测数据和汶川震区2008年以来的调查资料,研究了典型泥石流灾害的水土耦合过程和容重动态变化的互馈作用,对比分析了常用的容重计算方法在汶川震区泥石流计算中的差异性,并从计算公式和灾害特征两方面探索误差产生的原因。结果表明：容重随泥石流孕灾条件的时空演化而动态变化;在时间尺度上,物源活动性与容重呈正相关,物源赋存状态从极度活跃演化至高度活跃时,容重将下降10.0%～27.8%;泥石流峰值流量与容重成幂函数关系,容重随着流量增大而增大,但具有明显的上限值;在空间尺度上,容重与沟床纵比降变化趋势一致,随着侵蚀作用而增大,淤积作用而减小;常用的6种泥石流容重计算方法在龙门山区的应用结果偏差幅度为10%～30%,仅使用某种计算方法确定容重参数将导致一定误差。文章最后利用物质组成计算容重的方法,基于冲淤总量和颗粒参数建立了不同沟道段泥石流容重经验计算公式,并在雍家沟泥石流进行应用,结果显示该方法针对具有完整序列观测资料的泥石流沟,具有较好的适用性。     

磨西河流域泥石流流域形态的非线性特征

泥石流是磨西河流域地质环境演化的一个重要地表过程,研究该流域内泥石流的地貌发育及演化特征可为磨西河流域第四纪以来地质环境的演变提供重要信息。通过对流域51条泥石流沟地貌形态的统计分析发现,磨西河流域内泥石流的分布在空间上表现出明显的不均性,流域内泥石流沟的数量与对应的主沟长度、主沟纵比降及流域面积之间存在着明显的分形现象,具有较高的自相似性。结果表明,泥石流沟谷形态的非线性演化特征及现象是对磨西河流域冰川环境和地质构造环境响应的直接结果,主要体现在现代冰川对流域的强烈侵蚀和贡嘎山隆升而导致流域的强烈下切。研究结果可为流域内泥石流灾害的形成机理、防灾减灾及流域环境演化提供理论依据。     

国内外泥石流活动关键指标估算方法之比较

泥石流流体容重、流速、冲击力是表征泥石流活动特征众多指标中的三个关键指标.本文在分析国内外对这些指标评估现状的基础上,总结了应用较普遍的估算公式,对比了不同公式的特点及其适用性.比较结果认为:由于泥石流组成和运动状态的复杂性以及影响因素的多样性,对于这三个指标,目前的估算公式都不具有普适性.在当前的认知水平下,建立基于各个地区泥石流特点的指标估算经验公式是最为实用的途径.在各个指标经验公式的建立方法上,考虑各个粒组的多变量容重统计分析方法相对较为合理;泥石流流速估算公式的建立途径在我国、前苏联和欧美国家之间有显著差异,前二者基于曼宁公式,后者基于强迫涡流公式、以弯道超高为主要参数;泥石流冲击力的估算方法国内外都以动量理论为基础,区别主要体现在经验系数取值上,巨石冲击力的计算则都考虑了拦挡建筑物的特点.     

泥石流流域岩性的坚固系数与暴发频率的关系

坚硬岩性地区的泥石流暴发频率较低在定性上基本可以概括岩性与泥石流暴发频率的关系,但目前还没有定量地描述岩性与泥石流暴发频率的关系。以四川省17个泥石流流域作为研究对象,通过现场调查研究泥石流形成区和堆积区粗化层颗粒的岩性、硬度以及泥石流的暴发频率,得出：①泥石流堆积区岩性组成特征基本可以代表形成区的岩性组成特征;②用地...     

冻土融沉系数的评价方法

融沉系数是估算冻土融化后沉降量的重要参数指标。融沉系数与冻土中的含冰量和干容重有关，含冰量大则冻土融化后的沉降量大，因此融沉系数大，在饱和状态，干容重较大的冻土，融沉系数较小，基于冻土融沉试验结果分析，建议引入界限孔隙率以此界定过大的冰含量完全用于沉降。将融沉分为3个状态来分析：非饱和、饱和以及过饱和(超过界限孔隙率状态)，给出的3个状态下的融沉系数计算方法与实验测试结果对比，具有较好的预报结果，从而使得融沉系数更容易评价。     

基于弯道超高计算泥石流流速的探讨

泥石流流速是难以实测和准确推算的重要参数。在分析既有各类弯道超高计算公式的基础上,探讨适用于各类泥石流的弯道超高计算模式,进而改进基于弯道超高的粘性泥石流、稀性泥石流和泥流的流速计算公式,用实例加以验证。     

冰碛湖溃决泥石流流量计算方法

冰碛湖溃决泥石流是高山高寒地区一种常见的灾害类型,虽爆发频率低,但造成的危害极大,该类型的泥石流防治是区域开发建设中必须要面对的问题,而流量计算又是其核心问题之一。以西藏地区近100 a以来的冰碛湖溃决实例为基础,探讨了溃口深度的计算方法;以逐渐溃决模型和配方法为基础,分析了冰碛湖溃决泥石流的容重峰值流量与洪峰演进计算方法的适用性与流程;通过案例的对比研究,探讨了计算模型参数率定与误差来源。结果表明：瞬间溃决模型高估了冰碛湖溃决泥石流的峰值流量,泥石流的预测值偏保守;而逐渐溃决模型更接近于冰碛湖溃决的物理机制,在冰川U型谷内,可不考虑泥石流的堵塞作用,泥石流的峰值流量预测值与实测值较吻合;在冰川U型谷外或近沟口段则需考虑泥石流的堵塞作用。文中提出的计算模型作为冰碛湖溃决泥石流防治工程参数设计的依据是可行的。     

基于功效系数法的泥石流灾害预警研究

泥石流灾害破坏力巨大,预测预报泥石流发生的可能性是防灾减灾的重要手段,也是国内外学者研究的热点。基于功效系数法原理,在综合分析泥石流灾害发生的气象、地质环境影响因素的基础上,选取了山坡坡度、相对高差、植被覆盖率、沿沟松散物储量、5 d累计降雨量、最大小时雨强和当日雨量为评价因子,采用改进后的层次分析法计算评价因子的权重系数,建立了泥石流预测预警模型。以岫岩地区泥石流为例对预警模型进行检验,预测结果较好地反映了实际情况。表明基于功效系数法的泥石流预测预警模型具备较高的可靠性和实用性,研究结果为泥石流预测预警提供了一种新的思路和方法。     

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。     

基于独立信息数据波动赋权的泥石流危险度评价

针对经典泥石流危险度评价中以灰色关联度作为次要危险因子筛选依据的不足,采用复相关系数作为泥石流次要危险因子筛选的依据,从而建立了泥石流危险度评价的主要危险因子与次要危险因子组合的多因子体系。在此基础上,针对次要危险与主要危险因子之间存在显著相关性,同时为了体现次要危险因子对泥石流危险度的贡献作用,采用独立信息数据波动赋权法计算泥石流次要危险因子的权重,建立了泥石流危险度评价的计算公式。以此计算东川市12条泥石流沟的危险度评价结果,计算结果比经典方法更符合次要因子的补充地位,从而证明了该方法的合理性。     

基于Fisher判别法的台风暴雨泥石流预测模型

对台风暴雨泥石流发生的可能性进行定量预测,有助于减少危险区内的人员伤亡、降低经济损失。以台湾地区南投县陈有兰溪流域的47条泥石流沟为研究对象,从泥石流形成所需的地形地貌、物源和降雨条件中,初步选取台风暴雨泥石流发生的影响因子,包括沟床平均坡度、有效流域面积、形状系数、主沟长度、岩性、崩滑比和平均雨强。根据因子重要性排序结果,选择崩滑比和平均雨强作为模型的预测因子,基于Fisher判别法建立了台风暴雨泥石流预测模型。采用随机取样技术,选取70%的数据用于构建模型,剩余30%的数据用于验证模型。以精确度、准确率、漏报率和误报率指标,定量评价模型的预测效果,并确定最优的预测模型。结果表明:基于Fisher判别法构建的台风暴雨泥石流预测模型,综合考虑了泥石流形成所需的物源条件和降雨条件,弥补了降雨阈值模型仅依靠降雨资料分析的不足,预测效果更好。     

流域汇流的概率论体系探讨

基于统计物理学观点,给出了净雨过程和流域出口断面流量过程的概率论解释。在此基础上,应用概率论中随机变数函数分布的理论导出了卷积公式,获得了不同于Rodriguez-Iturbe等对流域瞬时单位线所作的概率解释,且前提条件更为明确。证明了流域瞬时单位线的一阶原点矩、流域滞时和平均流域汇流时间是完全等价的,从而为计算平均流域汇流时间提供了一个概念明晰、操作简便的计算方法。给出了两个应用概率论方法确定流域瞬时单位线的方法,其中之一是笔者提出的。     

基于数值模拟的耳阳河流域泥石流灾害危险性评价

洮河流域中游位于甘肃省南部,属泥石流高发区。耳阳河是洮河流域中游的一条重要支流,泥石流灾害尤其严重。为研究甘肃省南部小流域泥石流灾害的危险性,以耳阳河流域为研究对象,选取流域内居民相对集中的6条泥石流沟,用FLO-2D模型模拟了2012年5月10日实际降雨条件下的泥石流运动特征和堆积特征,得到了泥石流流量随时间的变化曲线、泥石流流体深度和流速在沟谷不同地段的空间分布,对“5·10”泥石流灾害过程进行了重现。模拟结果表明:泥石流爆发15～30 min后达到洪峰,约3 h后流量逐步回落;泥石流流动速度在流通区快,到沟口迅速下降,固体物质淤积阻塞河道。通过野外现场调查和遥感解译,发现模拟得到的泥石流发生过程、堆积区分布、泥石流影响区与现场调查和访问得到的实际情况基本相符。进而,采用相同的方法和参数,对2.0%和0.2%降水频率下泥石流的堆积范围、深度和流速进行了模拟分析,分别制作了上述工况下的泥石流危险性分区图,圈定了潜在威胁较大的人口聚集区,为耳阳河流域泥石流灾害的预防和治理提供了依据,也为类似泥石流提供了一种危险性分析的技术方法。     

浙江省仙居小流域泥石流成因分析及其易发度评价

受特殊自然地质环境和经济飞速发展的强烈影响,大中城市及国民生产值高度集中的沿海地区正在面临地质灾害的严重威胁;其中泥石流灾害是主要4大地质灾害之一。在泥石流灾害研究中,区域性防治及其防治工程实践是预测预报重要依据。文章以浙江省小流域泥石流为研究对象,在系统勘测调查解剖的基础之上,运用地质工程与防灾减灾工程学的原理,采用工程勘察与室内分析相结合的手段,综合分析了浙江省小流域泥石流的背景地质条件、成因特征、对易发程度及趋势分别作了评价、预测。结果认为,地形地质条件是泥石流发生的基础,自然暴雨是引发的主因,在一定自然条件下较易再次发生泥石流灾害。     

泥石流源区砾石土分形特征及其与渗透系数关系试验研究

以取自泥石流易发区的182个砾石土土样为基础,进行室内颗分试验,通过分形理论计算各土样的分维值,经计算发现,泥石流源区砾石土以一重分形为主,一重分形的土样占样本总数的88.46%,一重分形土样的分维值介于2.250～2.798之间;以此数据为基础配置土样,通过自制、可控的常水头试验装置进行渗透试验。试验结果表明,渗透系数k与分维值D之间有极显著的相关性,且在干密度为1.8 g/cm3时相关性最好。通过多元回归分析发现,不同密度条件下,k与D之间均有较好的幂函数关系;相同的分维值条件下土样的渗透系数随密度的增大呈减小的趋势,分维值在2.450～2.600之间时,样本的干密度 与渗透系数k之间的幂函数关系较为明显。试验结果可以为泥石流启动的临界雨量研究提供理论基础,提高已有预报模型的普适性及精度。     

基于等级相关的泥石流危险因子筛选与危险度评价

针对泥石流危险因子之间的单调性差异和主次危险因子之间的非线性关系,提出了结合散点图和Spearman等级相关评价泥石流主次危险因子相关性的方法,以散点图作为危险因子初步筛选的依据,以Spearman等级相关系数作为危险因子最终筛选和权重分配的依据。以云南省37条泥石流沟的基础数据为例,建立了泥石流危险度综合评价模型,以此计算东川市12条泥石流沟的危险度评价结果,计算结果表明,新方法比经典方法更能体现物源条件与动力条件对泥石流危险性的贡献,从而证明了新方法的合理性。