中国公路泥石流研究

公路泥石流是指发育于公路沿线并对公路桥涵、路基路面及相应防护结构具有冲击毁损和淤埋破坏的病害类型。丰富的物源、具有焚风效应的气象条件以及泥石流沟轴线与区域新构造应力场主压应力方向一致等是形成大型泥石流的宏观背景。将泥石流概化为固、液两相流体,运用两相流理论、泥沙运动力学、Bingham流变方程和Bagnold颗粒相互作用试验结果等,初步建立了泥石流固-液分相流速计算方法、基于泥石流在防治结构表面及泥石流沟岸产生的冲击形迹建立的反求泥石流冲击力计算方法以及泥石流磨蚀力计算方法。开发了速流结构、泥石流隧道及翼型墩汇流结构等10余种防治技术,集成了拦-汇-排等多种综合治理模式。据此撰写了《公路泥石流防治工程设计、施工指南》。实施了60余个防治工程。效果显著。研究成果初步构建了公路泥石流理论及技术体系。     

速流结构防治泥石流的理论及应用

作为一种公路沿线发育的地质灾害，泥石流是路基、路面及相关建、构筑物最强烈的毁损动力。为了防治泥石流公路灾害，作者开发了速流结构。该结构由汇流槽和速流槽组成。其中汇流槽的侧墙长度、高度’、厚度等参数通过泥石流沟形态及其冲击力综合确定；而速流槽的宽度、侧墙及纵横断面则由泥石流排泄量、流速、锁固桩及流体性质综合确定。根据公路穿越速流结构的方式，将速流结构分为底越式和顶越式2种。速流结构对于解决具有大冲大淤特性的冲淤变动型沟谷泥石流灾害具有重要应用价值。据此可以确保穿越泥石流沟的公路构、建筑物的安全与稳定．确保公路交通有序进行。此外，文章对速流结构的一些子结构，如速流槽侧墙及锁固桩进行了力学分析。位于川西南西昌-木里干线公路的平川泥石流属于典型的冲淤变动型沟谷泥石流。该沟长度8．2km，沟床平均比降0．181，平均流速9．0m／s，沉积区宽度500m左右。为了确保该段公路交通的有序进行，作者干1999年实施了平川泥石流速流结构。通过2000年以来的研究及现场测试，显示了该防治结构的优越性。但是，作为一种特殊的水工结构，泥石流对速流结构的磨蚀作用是比较强烈的。因此，开展速流结构的抗冲、抗撞研究是进一步研究具有重要价值。     

开口柔性防护网调控泥石流性能试验研究

柔性防护网是防治泥石流灾害的重要工程措施之一,现有防治结构以闭口防护网形式为主,易发生堵塞且调控能力欠佳。为此,提出一种开口柔性防护网结构,并基于理论分析、物理模型试验开展了开口柔性防护网对泥石流的调控性能研究,推导泥石流速度衰减率、爬升高度和柔性防护网拦挡率的理论公式。结果表明：与闭口柔性防护网结构相比,该结构起到了良好的自清洁作用,且可有效调控泥石流速度峰值;所推导的无量纲理论公式计算结果与物理试验结果具有较好的一致性;速度衰减率、爬升高度和拦挡率主要由相对开口高度、无量纲流深、泥石流相对密度和弗罗德数控制;速度衰减率和拦挡率与相对开口高度呈负相关,与泥石流相对密度呈正相关,爬升高度与相对开口高度、相对密度均呈负相关。上述研究可为开口柔性防护网在泥石流防治工程中的应用提供理论及技术支持。     

天山公路沟谷型泥石流动力学研究

泥石流是天山公路沿线发育最典型的地质灾害,是道路路基、路面、桥涵结构强烈的毁损动力。为了掌握泥石流运动变化规律,正确设置公路泥石流防治结构,提高防治结构防治公路泥石流病害的可靠性,作者开展了泥石流动力学研究。将泥石流体视为均匀介质,基于动量定理,建立了沟槽内泥石流体对沟槽土埂法向冲击力计算方法;基于土质力学、摩擦静力学原理建立了土埂稳定效应计算方法;创建了沟谷泥石流流通沟槽发生改道运动的判断标准。研究成果为合理设置公路泥石流防治结构提供了理论依据、增强了工程结构防治泥石流地质灾害的可靠性,进而提高了道路运输的安全性。     

V型排导槽内泥石流流速横向分布探讨

V型排导槽内泥石流流速的横向分布是一个与设计密切相连的非线性分布,直接关系到排导槽横断面各位置泥石流冲击力、磨蚀力等特征参数的定量计算。但目前流速公式多针对矩形槽,规范中没有关于该流速横向分布相应条款,因而导致部分已建V型排导槽因磨蚀或淤积而防治失效。鉴于此,本文试图通过合理假设,推导出泥石流流速横向分布计算公式,并以在建雅(安)泸(沽)高速公路沿线的某沟泥石流防治为工程背景,验证其具有一定的适用性,可供相关研究与设计参考。     

冲击荷载下泥石流拦挡坝动力响应分析

泥石流具有强烈的冲击破坏作用,是防治结构毁损的重要影响因素,本文基于计算流体动力学理论,采用流体分析软件CFX对黏性泥石流进行模拟,得到了泥石流速度场和压力场的分布特征。采用流固耦合分析方法,运用有限元程序ANSYS对一新型泥石流拦挡结构在泥石流冲击力作用下的动力响应进行数值模拟,得到结构的位移时程曲线和应力时程曲线。通过对比分析新型拦挡坝与普通实体坝的响应,得到一些有益的结论。研究表明:冲击力随流速增大而增大,大块石的冲击作用是使结构破坏的重要因素,该结果为泥石流拦挡工程的设计提供了参考。     

泥石流灾害特征值计算探讨

作为泥石流防治工程的主要设计依据,泥石流特征值计算与确定直接关系到防治工程的经济合理性、技术可信性、安全可靠性等。根据勘查规范,同时结合工程实例,对特征值计算所涉及的基本参数的选取,以及其计算结果的影响进行了分析,对泥石流防治工程勘查设计有借鉴意义。     

泥石流防治工程优化设计方案初探

本文介绍一种以可靠理论为指导的泥石流防治工程优化设计方法，文中首先提出了由于泥石流荷载的不确定性而以概率约束表示的泥石流防治工程参数优化设计的模型；然后建立了用离散变量优化与随机模拟相结合的一种求解方法；最后应用实例对该方法的原理和计算程序进行了说明。     

品字形桩林防护结构对泥石流冲击桥墩作用的影响

减缓和消除泥石流对桥墩的冲击作用对大桥安全至关重要。以品字形桩林作为防护结构,结合泥石流运动特征参数和桥墩宽度等因素,提出了一种桩林结构尺寸的设计原则。先通过模拟泥石流中大块石对不同型式桩林结构的冲击作用获得了桩林结构的最佳布置方式,然后采用SPH(光滑粒子流体动力学)-FEM(有限元)结合的方法分析了含大块石泥石流对设置品字形桩林结构情况下桥墩的冲击作用。结果表明：大块石与泥石流浆体共同撞击桥墩的冲击力为3 843 kN,远大于无防护时纯泥石流浆体对桥墩冲击力1 840 kN和有防护时的1 452 kN;桩间距3.0 m、桩排距1.0 m是品字形桩林结构最为合理稳固的布置方式;设置防护结构时桥墩所受泥石流浆体的冲击力峰值、墩底应力峰值和数值模拟t=8.0 s时墩底位移峰值相比于无防护状态下分别减小了约21.1%、79.0%和29.4%。采用品字形桩林防护结构对于桥墩受泥石流冲击破坏有相当显著的防护作用。     

西部地区交通建设中的泥石流灾害与防治对策

我国西部地区铁路、公路交通干线共有泥石流灾害 4 70 0余处, 占全国道路泥石流灾害的 70 %以上。泥石流分布广泛, 成灾方式多样, 灾害严重, 制约了西部地区交通建设的发展。本文提出了做好路线方案比选, 防患于未然, 正确评判泥石流沟和发育现状, 工程设计要适合泥石流特点, 以及提高防灾减灾勘察设计水平, 开展泥石流防治试验示范工程研究等六条防治对策。     

某水电站某泥石流沟综合治理概述

某水电站某泥石流沟内常年流水,属季节性排洪沟谷,水动力类型为暴雨,沟内松散物源丰富,具有泥石流发生条件。在上游区以拦挡泥石流为主,通过修建拦挡措施,减少形成泥石流的固体物质,在下游区以防水、边坡防护及引流等措施,通过修建溢流坝截断上游水流对沟内堆渣体渗流影响;通过修建排洪渠及排洪洞引流;通过削坡、修坡进行边坡维护加固。确保了导流洞出口及上下行交通洞进出口的施工期安全及运行安全。     

具有风景区泥石流治理特色的土木工程措施

风景区泥石流治理不同于其他泥石流的治理。在总结九寨沟风景名胜区泥石流治理土木设计的基础上,提出4种具有风景区泥石流治理特色的土木工程措施。即漂木拦挡、泥沙拦淤、生态保护及景点保护。详细分析了每种技术的减灾需求,在此基础上结合其他泥石流治理设计的成功经验,总结各技术的设计要点,并给出可供参考的成功应用实例。这些成功技术在九寨沟泥石流治理中取得了成功,可为其他风景区泥石流治理借鉴。     

小秦岭金矿区碾头岔矿渣型泥石流特征值计算

泥石流的运动参数是泥石流研究的主要内容和防治设计的重要基础。以矿渣型泥石流为对象,通过地形测量和工程地质测绘查明,碾头岔地形陡峻,沟道顺直,为泥石流的形成提供了有利的地形条件。通过钻探、坑槽探发现可能的物源包括矿渣、坡面松散层及小型沟岸滑塌体。工程力学分析表明,采矿废渣在自重状态下的稳定性系数为1.022~1.063,处于欠稳定和基本稳定之间;在自重+暴雨状态下,稳定性系数介于0.889~0.947之间,属于不稳定状态,是研究区内的主要物源。根据降雨量数据计算出碾头岔沟最大洪峰流量大于30m~3/s。在此水动力条件下,预测了泥石流发生时流体重度值为22.80k N/m~3,泥石流流速为5.11m/s;估算了20年、50年和100年一遇洪水的泥石流流量分别为4.31m~3/s、44.6m~3/s和95.5m3~/s,计算得到泥石流整体冲击力为58.34k Pa,超高2.13m,泥石流堆积区的最大危险范围0.21km~2,为小秦岭金矿区矿渣型泥石流防治工程方案的设计提供了基础参数。     

西藏干线公路泥石流防治工程评价

泥石流是影响道路建设、发展及畅通的最严重的山地灾害之一。由于特殊的地理条件，西藏泥石流十分发育，但目前其防治工程不多，且存在防治技术应用不尽合理及造价过高等问题。随着向西部大开发，西藏公路等级提高，西藏将大规模地开展泥石流防治。因此，研究西藏现有的防治工程，总结其不足，以提高泥石流防治水平十分必要。笔者在对西藏干线公路泥石流防治工程考察的基础上，从青藏线及川藏线公路中选取6条具有代表性的典型泥石流沟，争析了泥石流沟的特点，针对其防治工程设计及实际运营状况进行了工程评价。指出防治工程中存在的不足之处并提出优化防治措施。在总结的基础上，提出泥石流防治工作建议。     

都江堰市龙池镇黄央沟泥石流特征与防治工程效果分析

黄央沟位于"5.12"汶川地震的极重灾区四川省都江堰市龙池镇,地震使沟内山体发生大规模的滑坡和崩塌,其为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物质。地震后黄央沟泥石流十分活跃,2010年8月13日、8月18日和2013年7月9日均暴发了泥石流,造成了严重的经济损失。笔者通过对黄央沟泥石流灾害现场进行实地调查,详细分析了黄央沟泥石流的形成条件和发育特征,并对已有防治工程效果进行了分析和探讨。针对防治工程存在的问题和黄央沟泥石流的特点,建议在沟道下游和堆积区修建排导沟,使泥石流顺畅排入龙溪河;采取工程和生物措施来稳定沟道内的崩滑堆积体和不稳定斜坡,减少泥石流物源;沟口公路采用高架桥跨越方式通过泥石流堆积扇。该研究结果可为强震区泥石流灾害的防治提供参考。     

四川丹巴梅龙沟“6·17”泥石流成灾机理分析

2020年6月17日丹巴县梅龙沟爆发了一次大规模泥石流,一次性冲出固体物质42.7×104 m3,形成泥石流-堰塞坝-溃决洪水-滑坡灾害链,造成5100余户2.12万余人被迫转移,直接经济损失达8亿元。根据现场调查、无人机航拍以及遥感解译,分析梅龙沟泥石流的成因及致灾机理,阐述了“物源成因”、“降雨激发”和“地形促进”对泥石流形成产生的影响。结果表明:（1）梅龙沟泥石流是在前期累计降雨和短时强降雨共同作用下形成;（2）梅龙沟泥石流源头为大石堡沟,起动模式为“沟岸垮塌-泥石流”;（3）泥石流沟内持续的物源补给以及东风棚子、梅龙村、大邑村三处大型滑坡产生的级联堵溃效应,致使泥石流流量不断放大,最终导致大量固体物质冲出沟口;（4）沟口形成的堰塞坝-溃决洪水-阿娘寨滑坡灾害链进一步增强了泥石流的致灾能力;（5）现阶段梅龙沟内物源丰富,临界启动降雨阈值降低,极易在雨季发生大规模泥石流,建议及时采取综合防治措施。     

九寨沟震区“6·21”泥石流成因与致灾机制研究

2019年6月20日晚九寨沟普降大到暴雨,导致九寨沟景区内卓追沟、下季节海子沟、则查洼沟等多处发生泥石流。3条泥石流沟分别冲出固体物质2.79×10⁴ m³、3.7×10⁴ m³, 2.67×10⁴ m³,造成多处停淤挡墙及拦砂坝损坏,并淤埋了景区内的部分道路,造成了交通的短时间中断。根据灾后地面调查和遥感解译,初步查明了本次泥石流灾害的成因和致灾过程机制。灾害成因：地震引发的崩塌滑坡产生大量的新增松散固体物源与原有的沟坡堆积物(包括老泥石流堆积物)在强降水的作用下形成泥石流,因此本次泥石流是地震和降雨共同作用的结果。通过泥石流发生前后各流域沟道纵剖面和典型横断面调查分析,发现泥石流致灾过程机制主要包括：(1)泥石流冲刷沟道使老泥石流堆积物参与泥石流运动、同时诱发沟岸失稳崩塌,因而增强泥石流规模和冲击力等动力学参数;(2)沟道卡口和崩滑体滑入沟道后导致泥石流堵塞,在后续泥石流的作用下发生级联溃决,进而增大泥石流峰值流量和冲击力等动力学参数。在两种机制的共同...