泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究

泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及爬升高度计算公式。为验证理论公式的正确性,进一步开展泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验。研究结果表明:物理模型试验结果与所推导的理论公式计算结果具有较高的拟合度,该理论公式可适用于泥石流对弧形拦挡坝的冲击计算;泥石流流速、冲击力、爬升高度与泥石流沟道纵坡坡度呈正相关关系;冲击力及爬升高度主要受弗洛德数Fr、泥石流沟道纵坡坡度α、拦挡坝弧形半径R控制,并与Fr呈二次方正相关,与泥石流沟道纵坡坡度α的余弦值成反比;与竖向型拦挡坝结构相比,弧形拦挡坝结构在爬升高度上无显著影响,然而可较大程度降低泥石流对坝体的法向冲击力,局部结构增强也使得坝体结构强度得到提升。该研究可为泥石流拦挡坝工程的结构设计提供理论及技术支持。     

泥石流灾害损失评价

泥石流灾害损失评价是对已经发生的泥百流灾害所造成的损失进行综合性的测算和统计。它是泥石流灾害评价的重要内容之一。一次泥石流灾害，除了直接造成人员伤亡和财产损失外，还可能伴有潜在的间接影响。此外，时间和空间分布状况的不同也增加了评价的难度。所以，泥石流灾害损失评价是一项复杂的工作。灾害损失的严重程度需要通过适当的指标来反映。根据承灾体特点，文章初步建立了泥石流灾害损失评价指标，分别为人员损失、经济损失和救灾投入费用，并且对于每个指标给定了相应的计算方法。人员损失主要由因灾死亡损失和因灾伤害损失两部分构成；经济损失包括直接经济损失和间接经济损失。直接经济损失集在在建筑、资产、交通、管线、资源5个方面，间接经济损失则通过与直接经；声损失的比例关系来进行换算；救灾投入费用是灾害发生后进行救援、治理、恢复等所花费的费用。最终的灾害总损失等于上述3部分损失之和。在此基础上，综合时间和地域因素，提出了灾害损失的时空比较方法，从而增加了评价的科学性和合理性。泥石流灾害损失评价为定量反映灾情、进行泥石流救灾优先性工作提供了依据。     

泸定县牧场沟泥石流动力特性预测

对牧场沟泥石流的动力特性进行了预测,认为该沟可形成中小规模泥石流,可提供的物源量约14×104m3。按周期50年一遇算,峰值流量为58.43m3/s,泥石流体冲击应力达6.52×104Pa,单块最大冲击力可达199.74×104N,发生一次泥石流总量为18510m3,一次泥石流冲出的固体物质总量为6571m3。     

基于不同侵蚀模型的高速崩滑碎屑流动力过程模拟分析

为实现高速崩滑碎屑流沿程侵蚀动力过程的模拟分析,采用连续理论方法对NomashRiver碎屑流动力过程进行了数值模拟。其中,在连续理论模型中采用3种不同侵蚀速率模型,并采用HLLC近似Riemann解对有限体积数值离散控制体单元的界面通量进行了计算求解。致灾范围及运动时间的计算结果均与实际灾害情况吻合良好,验证了计算模拟的正确有效性,并对最终堆积深度、运动速度和侵蚀区域侵蚀深度进行了分析讨论。结果显示:采用McDougall侵蚀模型得到的最终堆积平均深度和最大深度与实测情况较为接近;每个时刻采用Medina侵蚀模型得到的最大速度值最大,其次是采用McDougall侵蚀模型的结果,最后是采用Pitman侵蚀模型的结果;采用McDougall侵蚀模型得到的侵蚀深度分布较为连续,其最大值8.1m与估测值8m比较接近,采用Medina侵蚀模型和Pitman侵蚀模型得到的侵蚀深度结果则较为分散,其最大值分别为10.9m和8.6m。     

基于信息量的长白山地区泥石流易发性评价

长白山地区泥石流较发育,选取高程、坡度、坡向、年降水、年蒸发、泥石流点密度、人口密度、构造作用、河流作用、地层岩性、地下水类型、地貌类型、土地利用13个影响因素,以研究区110个泥石流点为样本数据,连续型指标依据各个因素分级状态下泥石流比例曲线和信息量曲线的突变点为等级划分临界值,离散型变量根据已有分类分级,建立了长白山地区泥石流易发性指标评价体系。基于信息量模型和GIS平台的栅格数据,计算各个因素分级状态下的信息量,采用自然断点法将易发性等级分为5级。结果表明:泥石流高易发区主要为地层岩性较差、靠近河流和断层的区域,土地利用类型为农业用地和居住使用地,较高易发区和高易发区占总研究区面积的19%,大部分地区较安全。采用曲线下面积即AUC值作为易发性精度验证结果,AUC值为93%,表明评价结果可靠。     

Vulnerability of buildings to debris flow impact

Quantitative risk assessments (QRAs) for landslide hazards are increasingly being executed to determine an unmitigated level of risk and compare it with risk tolerance criteria set by the local or federal jurisdiction. This approach allows urban planning with a scientific underpinning and provides the tools for emergency preparedness. Debris-flow QRAs require estimates of the hazard probability, spatial and temporal probability of impact (hazard assessment) and vulnerability of the elements at risk. The vulnerability term is perhaps the most difficult to estimate confidently because (a) human death in debris flows is most commonly associated with building damage or collapse and is thus an indirect consequence and (b) the type and scale of building damage is very difficult to predict. To determine building damage, an intensity index (I _DF) was created as the product of maximum expected flow depth d and the square of the maximum flow velocity v (I _DF = dv ²). The I _DF surrogates impact force and thus correlates with building damage. Four classes of building damage were considered ranging from nuisance flood/sedimentation damage to complete destruction. Sixty-six well-documented case studies in which damage, flow depth and flow velocity were recorded or could be estimated were selected through a search of the global literature, and I _DF was plotted on a log scale against the associated damage. As expected, the individual damage classes overlap but are distinctly different in their respective distributions and group centroids. To apply this vulnerability model, flow velocity and flow depth need to be estimated for a given building location and I _DF calculated. Using the existing database, a damage probability (P _DF) can then be computed. P _DF can be applied directly to estimate the likely insurance loss or associated loss of life. The model presented here should be updated with more case studies and is therefore made openly available to international researchers who can access it at .     

Measurements of hillslope debris flow impact pressure on obstacles

We present measurements of hillslope debris flow impact pressures on small obstacles. Two impact sensors have been installed in a real-scale experimental site where 50?m³ of water-saturated soil material are released from rest. Impact velocities vary between 2 and 13?m/s; flow heights between 0.3 and 1.0?m. The maximum impact pressures measured over 15 events represent between 2 and 50 times the equivalent static pressures. The measurements reveal that quadratic velocity-dependent formulas can be used to estimate impact pressures. Impact coefficients C are constant from front to tail and range between 0.4?<?C?<?0.8 according to the individual events. The pressure fluctuations to depend on the sensor size and are between 20% and 60% of the mean pressure values. Our results suggest that hazard guidelines for hillslope debris flows should be based on quadratic velocity-dependent formulas.     

基于HEC-HMS模型的不同雨型泥石流流量变化特征

为了探究不同雨型条件下泥石流流量变化特征,通过搜集汶川震区典型泥石流降雨数据,将其概化为三次峰值早到型、三次峰值型、三次峰值晚到型三种雨型。以HEC-HMS水文模型构建高家沟流域模型,在获得流域清水流量结果基础上采用雨洪修正法计算不同雨型下泥石流流量。结果表明三次峰值早到型、三次峰值型、三次峰值晚到型峰值清水流量分别为33.5,41.5,45.8 m3/s,泥石流峰值流量分别为166.83,206.67,228.08 m3/s,误差为-25.6%、-7.8%、1.7%;三种雨型下流量从上游至沟口以线性方式演变,且随降雨峰值推迟其演变速率不断增大,而增长幅度逐渐减小;泥石流暴发出现在峰值降雨前后,属于降雨激发型泥石流;三种雨型随降雨峰值推迟,流量增长阶段所需时间越长,分别为5.5,6,9 h,而衰退阶段所需时间越短,分别为14.5,8,2.5 h。研究表明该模型能为缺少降雨监测数据地区泥石流研究提供技术支持。     

山区河流两岸泥石流形成的机理和力学条件

泥石流是山区沟谷的主要地质灾害类型之一,对其开展研究是很有价值的,但目前对其进行的针对性研究很少。本文重点研究山区沟谷泥石流形成的机理和力学条件。根据地形地貌、气候环境条件与土质学原理,研究了山区河流泥石流的形成机理及影响因素。河流两岸山坡岩土结构、人为活动与持续降雨或暴雨是山区河流泥石流形成的主要影响因素,不同土质结构与组成的土层的滑移破坏机理也不相同。山区河流泥石流的物源可概化为粘性土块体与松散砂砾两种典型固相物质。基于剪切破坏理论,建立了粘性土块的失稳滑动平衡条件;基于动量理论与重力分解原理,提出了松散砂砾启动的力学计算公式和失稳条件。     

山区道路泥石流减灾问题与对策

文章通过分析我国山区道路泥石流防治的特点与需求,认为山区道路潜在泥石流的判识与预测、泥石流对线路展布的制约、泥石流对道路工程设计的影响等是山区道路建设的关键技术问题。在山区建设中应研究潜在泥石流的判识方法、发展山区道路选线理论、认识道路工程与环境相互作用机制、创建与环境协调的道路工程反馈设计理论、构建山区道路泥石流减灾技术体系、开发道路环境灾害信息系统等工作。系统分析了道路勘察选线、个体工程设计、施工、运营阶段应注意的泥石流防治问题,根据不同阶段的灾害危害方式与特征,提出道路建设不同阶段的泥石流防治对策。     

Assessment of debris flow multiple-surge load model based on the physical process of debris-barrier interaction

Debris-flow impact load is one of the key parameters for design of engineering countermeasures. The multiple-surge load model is a remarkable progress in estimating the debris-flow impact load, which clearly delineates the contribution of each surge to the total impact load and the corresponding acting points. In order to better understand the impact process of channelized debris flow against flexible barrier, a series of medium-scale flume experiments with varying debris-flow volumetric solid concentration (0.40/0.50/0.55) were conducted. Especially, surge impact behavior is focused so that the predictability of the multiple-surge load model could be assessed. The flume and model flexible barrier were instrumented so that both the barrier dynamic response and the debris-flow properties (flow regime) could be correlated to facilitate the assessment. The results show that multiple-surge load model well predicts the total impact load. However, due to the simplification in the impact process, the interaction between the mobile phase (surge) and the deposited phase is ignored, resulting in discrepancy in the load distribution between the model prediction and experimental result. The remixing of deposited debris by the subsequent surges leads to downward momentum transfer to the lower section of barrier, which should be regarded as an adverse scenario of the design of flexible-barrier anchor capacity.

     

泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁在遭受泥石流冲击时的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用所配置的原料在泥石流槽内对两种形状（圆形、方形）的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明：试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数（Re）可以综合反映流变特性和流速,因此,圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据黏性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9进行选用。     

西部山区交通廊道泥石流发育特征及选线对策

青藏高原东部受地形地貌和地质构造影响,区域泥石流密度大,类型多样,暴发频繁。为研究交通廊道内泥石流发育特征及其对工程的影响,通过高分遥感解译、现场调查、室内颗分实验等手段,对研究区泥石流的类型和分布规律进行了系统研究,并提出相应的选线对策。结果表明：①研究区主要发育暴雨型泥石流和冰川型泥石流,具有泥石流分布广、种类多、规模大、灾害链长等特点,临近线路多为暴雨型泥石流;②研究区存在潜在泥石流沟勘察判识困难、灾害链防治设计难度大、高原施工环境恶劣等问题。③交通廊道选线应贯彻风险控制原则,采取减灾选线为主导,对物源估算难、潜在泥石流沟识别不清楚等地区应积极采用InSAR、LiDAR和无人机技术进行勘察,对复杂地质条件的泥石流沟应采用“空天地”一体化综合勘察技术,针对不同类型泥石流结合其特征采取不同的防治对策。     

黄土地区暴雨型泥石流的动力学特征及其成因机制探讨

文章从泥石流起动条件、形成过程、固体物质起动方式、相的划分及搬运方式、阵发性和龙头等方面对黄土地区暴雨型泥石流的动力学特征进行了研究，并对其成因机制进行了探讨，认为：泥石流的形成须有一定厚度的饱和土层和一定深度的地表径流，对于干旱、半干旱的黄土地区，由于土壤较干燥，须有大量水分下渗才能形成一定厚度的饱和土层，因此该区泥石流对1h降雨量较为敏感；该地区泥石流固体物质起动方式较为复杂，部分按纯粘性土规律起动，部分按粘性土夹砂和无粘性砂规律起动；该区泥石流液相往往包括粘粒、细砂和粉砂等成分，所占比例较大，而固相所占比例较小；由于黄土地区多烯性泥石流，且沟壑密度大，流域支沟发育，经叠加作用后，在主沟内往往不具阵发性，其过程曲线近似洪水的单峰过程曲线；另外，由于该区泥石流往往不具阵发性或阵发性不明显，沟道内卵石之类的大颗粒数量有限，所以一般不具有形成龙头的能力。     

四川松潘水沟墩沟泥石流成因和动力学特征及其对铁路工程的影响评价

泥石流是山区常见的地质灾害之一,具有运动快速、暴发突然、能量巨大等特点。本文根据现场调查。分析了水沟墩沟泥石流形成条件、流域特征,计算了泥石流的容重、流速、流量、冲出量、淤积厚度等动力学参数,并对其危险性做了定量评价．总结了水沟墩沟泥石流对铁路工程危害模式“先冲-又淤-再冲”。提出了对水沟墩沟泥石流采用相关的减灾防灾措施,供铁路部门制定相应的泥石流防止对策,有益于对成兰铁路线的长远安全运行和服务提供科学保障。     

Characterization of a landslide-triggered debris flow at a rainforest-covered mountain region in Brazil

Natural Hazards - Debris flows represent great hazard to humans due to their high destructive power. Understanding their hydrogeomorphic dynamics is fundamental in hazard assessment studies,...     

基于三维遥感系统的泥石流土石量计算及影响范围模拟

结合三维遥感影像解译提出一种定量的泥石流土石量计算方法。在泥石流汇水区内对地形进行0次谷与1次谷划分,按可搬运的物质总量和一次降雨所能搬运的物质总量两种方式进行分析,使计算结果更加精细化;以数字高程模型(DEM)与降雨所搬运的土石总量作为影响范围模拟的基础,利用GIS空间分析功能分析泥石流汇水区的横截面面积及区域平面面积等地形参数,判别土石产出量与地形参数关系,实现泥石流影响范围的模拟。分析结果可为潜在泥石流危险区域评价预测提供参考。     

泥石流浆体与大颗粒冲击力特征的试验研究

开展了密度为1 400～2 200 kg/m3的泥石流浆体、浆体与大颗粒混合流体的冲击力试验,获取了流速为2.8～4.9 m/s条件下31组冲击力试验数据。采用小波分析方法有效地去除了冲击力数据中的噪声信号,依据离散傅里叶变换（FFT）为基础的频谱分析结果,将低频泥石流浆体冲击和高频大颗粒冲击的临界频率值界定为2 Hz,实现了浆体和大颗粒冲击信号的分离。目前水动力学公式中待定系数α缺乏统一的确定方法,以不同地区157组泥石流观测和试验数据为基础,建立了待定系数?与流体Fr数的幂函数关系,形成可表征不同流态,且弱化尺度效应的浆体动压力计算公式。与泥石流浆体平滑信号相比,大颗粒冲击压力具有一定随机性。泥石流大颗粒冲击次数与频率随大颗粒的质量比增加而增大,其质量比从0.05增至0.21时,冲击总次数从1 305次增至2 838次,冲击频率从82次/s增至195次/s,且龙头段大颗粒的冲击频率高于后续泥石流体。测得大颗粒的压力约为60 kPa,是相同密度和流速下浆体动压力的3倍。随着大颗粒比例的增加,上部1#和2#传感器测得大颗粒冲击频率增加量明显高于下部3#～6#。说明随着流体中大颗粒比例上升,颗粒物质多集中于泥石流上部或表层运动,也佐证了泥石流运动中大颗粒多集中在龙头顶部的认识。对大颗粒和浆体冲击规律的分析可为固液两相流运动机制研究和防治工程设计以及承灾体易损性定量评估提供合理参数。