泥石流冲击桥墩绕流过程模拟与试验分析

泥石流与桥墩动力相互作用包括泥石流对桥墩的冲击淤埋作用及桥墩对泥石流运动过程的反向影响,其中涉及复杂的流固耦合,是学术界关注的热点问题。为研究泥石流绕流桥墩过程,在纳维斯托克斯方程的基础上结合深度平均理论,考虑泥石流固液两相的特点,构建了泥石流-桥墩流固耦合物理模型,并基于有限体积法建立时间和空间尺度上具有2阶精度的高效数值算法,实现了泥石流绕桥墩运动全程模拟,与室内试验成果进行了对比验证。结果表明:不同粘度的泥石流冲击桥墩绕流过程有显著不同,相同初始条件下粘性泥石流堆积厚度较大,运动速度较小,堆积范围较小;反之,稀性泥石流堆积厚度较小,运动速度较大,堆积范围也较大。数值模拟结果与室内模型试验非常接近,验证了物理模型的适用性。     

蒋家沟泥石流阻力的无量纲参数分析

流速作为泥石流防治工程的重要参数之一,泥石流阻力的大小对其计算过程至关重要.但关于泥石流内部应力变化对阻力影响的研究甚少.本文利用东川蒋家沟泥石流观测数据,反算曼宁系数来表达泥石流运动过程中受到的综合阻力,并利用拜格诺数、萨维奇数和摩擦数三个无量纲参数,分析它们和阻力之间的关系.结果表明:粘性和稀性泥石流的拜格诺数和萨...     

粘性泥石流体的应力应变特征和应力本构关系的研究

通过粘性泥石流体阵性流的野外观测和最新研制的泥石流流变仪应用,含有砾石的粘性泥石流体具有明显的应力过冲、触变能量、剪切稀化和双屈服应力等流变特征被得到研究。粘性泥石流应力应变的自组织临界特性分析表明,泥石流的规模与频率间存在着幂定律关系。粘性泥石流体在低速率区启动初始段,其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述。粘性泥石流体在剪切速率区流动剪切段的应力本构关系,应包含滑动摩擦作用的零次项和反映惯性碰撞的平方项,具有屈服应力和剪切膨胀的流变特征。     

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。     

西藏古乡沟泥石流的数值模拟

泥石流运动数值模拟是确定泥石流泛滥范围、进行危险性分区、辅助减灾工程设计与检验的重要方法。以西藏波密古乡沟为实例,从泥石流的二维运动方程出发,使用一种新的数值方法对古乡沟50a一遇泥石流在堆积扇上的运动过程进行了数值模拟,获得了其最大流速、流深、动量和动能的空间分布,并据此确定了受泥石流危害较小的川藏公路穿越堆积扇方案。将泥石流数值模拟结果与游勇等1997年做的模型试验结果进行了比较,具有较好的相似性。     

粘性泥石流残留层与泥深的关系分析

粘性泥石流泥深的观测数据过去大部分不包含残留层厚度,认为当后继粘性泥石流通过残留层时,残留层是不动的,泥深从残留层表面起算。本文通过大量的泥石流原型观测和简易模型试验表明,当后继泥石流通过时,残留层除底部很薄的一层不动外,都是运动的,并有三种运动形式,泥深应包含残留层。残留层的厚度一般为20～60cm,这样对过去不包含残留层厚度的泥深观测数据应进行更正,粘性泥石流流量和输沙率也需相应增加。     

黏性泥石流冲起爬高计算

泥石流冲起爬高是泥石流防治工程设计中的一个重要参数。黏性泥石流是一种特殊的固、液两相流体,固、液两相间的相互作用很弱,流体整体性表现为粘塑性流体。在运动过程中,由于黏粒含量高,液相浆体表现出非常大的宏观黏性,而浆体的屈服应力和固相颗粒间的摩擦作用使得泥石流体表现出了很强的塑性特性。本文以黏性泥石流作为研究对象,考虑泥石流龙头的运动平衡方程,建立了一个简单的黏性泥石流运动爬高的物理模型。结合运动平衡方程的解和障碍物的几何特性,推导了黏性泥石流的冲起爬高的计算公式。参数敏感性分析表明,泥石流的冲起爬高随着障碍物迎面坡度和泥石流流速的增加而增加,随着障碍物坡面的摩擦系数和泥石流密度的增加为减小,而泥石流的泥深、液相浆体的屈服应力及动力粘性对泥石流的爬高影响较小。进一步的分析表明,黏性泥石流冲起爬高的计算公H_p=aV~2/2g主中的动能修正系数a与泥石流的密度及障碍物的迎面坡度和摩擦系数有关,可表示为a=sinθ/[sinθ+C_s(ρ_s-ρ_f)/ρ cosθ tanφ]。利用水槽实验和云南蒋家沟野外采集的泥石流动力学参数和爬高数据,验证了本文提出的黏性泥石流冲起爬高的计算公式的可靠性。     

粘性泥石流残留层的形成及减阻作用--以云南蒋家沟泥石流为例

通过对云南蒋家沟粘性泥石流的野外观测 ,讨论了粘性泥石流残留层的定义特征 ,在大量实测数据基础上 ,分析了残留层易形成时段的特性 ;分别对一次泥石流过程、若干阵泥石流和一阵泥石流残留层的变化进行了相关分析 ;最后用观测数据分析了泥石流残留层的减阻作用     

粘性泥石流沟口回淤实验研究

泥石流在堆积区进行堆积时,常在沟口形成回淤并造成灾害.为了探讨泥石流在沟口回淤的发展过程、影响因素及其预测,开展了4组107次泥石流连续堆积和4组共21次单次堆积实验.实验结果表明,粘性泥石流在沟口回淤的发展过程中,累积回淤长度与泥石流累积总量呈线性正相关,相对累积回淤坡度与泥石流累积总量呈对数负相关,根据相对累积回淤坡度的变化将粘性泥石流沟口回淤的发展过程分为三个阶段;在泥石流总量相同的情况下,回淤长度随泥石流重度增大而呈线性增大,随堆积区坡度增大而呈线性减小,随流通区坡度增大而成对数减小.相对回淤坡度随泥石流重度的增大呈线性减小,随堆积区坡度增大而呈线性增大,随流通区坡度增大而呈线性增大;在泥石流总量不同的情况下,随泥石流总量的增大,其沟口回淤长度随之呈线性增大,而相对回淤坡度随之呈线性减小;在粘性泥石流沟口回淤发展过程及其影响因素分析的基础上,采用多元线性回归的方法,建立了粘性泥石流在连续堆积及单次堆积情况下沟口回淤的经验预测公式.     

试析小流域土力类粘性泥石流的汇流过程——以滇东北大凹子沟为例

在分析土力类泥石流的产流特征和规律，尤其是土源与水源关系的基础上，将水文学上常用的等流时线法的基本原理应用于小流域土力类粘性泥石流的汇流计算。在具体的计算中，以滇东北蒋家沟的一支沟－大凹子沟1994－06－16的泥石流为例进行泥石流汇流流量过程的试算。计算的结果应用观测的一些数值及现象和弯道超高的最大流量计算值检验，结果表明此计算大体可以定量地反映该流域流量的过程。通过此汇流计算还可以了解阵性泥石流与连续泥石流的产生关系和机理，也可以了解降雨时段与产流时段及汇流过程时段的差别。该研究的结果也存在主客观的局限性，这一局限性反映了进一步探讨流域的产流量规律、流域等流时区划分的规律、大流域汇流计算和泥石流的波坦化规律的必然性。     

资勒沟泥石流灾害及特征

1987年6月5日晨,资勒沟暴发了一场灾害性泥石流,沟口的公路桥和凉红道班被摧毁,致使5名道班工人死亡。该沟是一条暴发频率很低的泥石流沟。这场泥石流是由局地暴雨激发而引起的,雨强为55.2毫米/小时。泥石流为粘性,容重2.18吨/立方米,最大流量352.1立方米/秒,最大流速10—12米/秒,总冲出物方量约8万—9万立方米。     

泥石流沟判别与危险度评价研究

以云南泥石流形环境的区域调查为基础，提出了以１１项因素作为泥石流沟判别与危险度评价预测的背景参数，依据关联性序列分析确定了因素的权重分析，应用数量化理论建立了泥石流沟判别模式和危险度评价预测的计算方法，实际应用结果表明该法可靠、简便和实用，适用蚶类泥石流沟判定与危险度的评价预测。     

新藏公路新疆段泥石流灾害初探

新藏公路新疆段沿线共有泥石流灾害149处，直接危害线路53．05km。泥石流可分为暴雨型、冰雪融水型及雨水和冰雪融水混合型三个成因类型．其灾害集中分布于哈拉斯坦河、采拉克河、叶尔羌河及喀拉喀什河沿溪线路段。沿线泥石流具有松散堆积物丰富，水源不足，暴发频率低，规模火，受冰川和气候变化影响大等特点。在对泥石流成灾方式、活动现状和发展趋势分析研究的基础上．提出了灾害治理的基本原则和拟采取的主要工程措施及进一步工作的建议。     

泥石流沟谷坊坝群治理效应——以地震极重灾区北川县化石板沟为例

谷坊坝是泥石流治理的重要工程措施之一。化石板沟泥石流治理工程共设13座谷坊坝,组成梯级谷坊坝群;坝体主要分布在泥石流形成区和流通区,混凝土结构,轴向两端嵌入沟道两侧基岩0.5～1 m。通过对比化石板沟谷坊工程修建前后沟床纵坡比降、沟道两侧斜坡稳定性及泥石流侵蚀速率等方面的差异,证明谷坊工程能够有效拦蓄松散固体物质、稳固沟床和岸坡、降低沟道纵坡比降、降低泥石流流速和耗散流体能量、抬高沟道上游泥石流侵蚀基准面。研究发现,化石板沟谷坊坝群共拦截固体物质2.76×104 m3,仅占流域物源总量574.9×104 m3的0.5%,占近期可供给泥石流活动的物源量85×104 m3的3.3%;稳固沟床松散物质4.37×104 m3,仅占流域物源总量的0.76%,占近期可供给泥石流活动的物源量的5.2%;稳固沟道两侧坡体松散物质134.07×104 m3,占流域物源总量的23.3%,泥石流物源减少;回淤的沟道比降为原比降的60%～75%,相同频率下泥石流流速、峰值流量降低,沟道侵蚀速率下降,泥石流输沙量减少35%～57%;上游泥石流支沟侵蚀基准面抬升0.3～0.5 m。泥石流呈现从粘性到稀性,再到含沙水流的趋势发展。     

县级泥石流信息系统的建立及其应用──以四川省丹巴县为例

本文根据软件工程的原理和方法阐述了县级泥石流信息系统的建立过程，并讨论了其应用，主要包括数据库管理系统的应用，用图形库的应用，系统支持下的泥石流危险度分区，泥石流两类分别判别模式的建立。     

东川泥石流站开放以来的回顾与展望

本文扼要介绍了中国科学院东川泥石流观测研究站对外开放三年来,在泥石流观测试验研究和防灾减灾工作中的新进展,同时也简述了站设基金课题、国家基金课题和中外合作交流项目的进展情况,并对今后的观测研究工作提出了展望和建议。     

泥石流体的沉积稳定浓度与颗粒级配之关系

沉积稳定浓度主要反映了泥石流固体物质的级配特点,它涉及到泥石流体的固体颗粒的大小和排列状况。利用这种浓度可确定泥石流体的粘滞系数、宾汉剪切力以及与泥石流颗粒级配有关的其他参数。分析了泥石流体的沉积稳定浓度与颗粒级配的理论关系,并用实验方法建立了它们的关系式。     

北京大烂碴沟泥石流堆积扇的特征及其演变过程

北京山区由于山坡陡峻、构造发育、岩体破碎,加上气候条件,泥石流灾害的发生较为频繁.密云县是北京山区泥石流高发区,冯家峪镇则是密云县泥石流发生最多的区域.密云县冯家峪镇西白莲峪历史上发生多次泥石流,其流域自然地理条件复杂、泥石流堆积形态多样,大烂碴沟泥石流堆积扇具有一定的代表性.研究泥石流堆积特征及其演变过程,以期丰富北京山区泥石流基础资料,同时对完善泥石流灾害防治的危险区区划有所裨益.在收集当地泥石流发生历史资料的基础上,详细的调查了西白莲峪大烂碴沟的自然地理状况和泥石流堆积物的特点.大烂碴沟上游沟谷剖面呈"V"形,切割明显,地形坡度一般在32.以上,而下游沟谷剖面呈"U"形.从泥石流形成的年代和冲刷痕迹推测,"U"形沟谷为泥石流冲刷形成.整个流域成扇形,泥石流形成区面积为0.58 km2,流通区面积为0.09 km2.大烂碴沟流通区沟道极短,这样,形成区汇集洪水到达流通区后,严重冲刷沟谷坡脚,破坏基岩的稳定性,造成两岸岩石滑坡、崩塌和沟床岩石的整体性搬运,从而形成泥石流.流域出口处有泥石流扇形堆积体,砾石含量较多.采用野外调查和室内实验结合的方法对大烂碴沟泥石流的堆积物特点进行研究,具体如下:(1)地貌特征:采用野外量测与填图的方法,主要调查堆积扇的部位及其地形、沟道比降与宽度,堆积物外部形态等.(2)结构组成:主要有颗粒级配、岩性组成、砾石排列与分选性、堆积物的结构与构造特征,以及粒态、擦痕、砾石包裹情况,大漂砾粒径、堆积位置与排列等颗粒特征.砾石的调查通过在沟道内随机选取一定数量的砾石进行abc长度和倾向调查.以上参数通过现场观测、测量取得.选定泥石流堆积区典型部位Ⅰ和Ⅲ,通过挖圆形探坑,取出全部颗粒.将颗粒直径大于10 mm的大颗粒筛出,称重,将剩余颗粒1 kg左右带回实验室分析.粒度分析的主要方法为:平均粒径比中值能更正确地反映碎屑颗粒的集中趋势,按福克和沃德的平均粒径的表达式Mx:φ16 φ50 φ80/3判别碎屑颗粒的集中趋势;采用由福克和沃德提出的标准偏差σ=φ84-φ16/4 φ95-φ5/6.6判别颗粒大小的均匀程度;采用福,克和沃德的偏度公式:SK1=φ16 φ84 2φ50/2(φ84-φ16) φ5 φ95-2φ50/2(φ95-φ5)判别粒度分布的不对称程度;峰度是用来衡量粒度频率曲线尖锐程度的,也就是度量粒皮分布的中部与两尾端的展形之比,采用福克和沃德提'出的峰度公式KG=φ95-φ5 φ80/2.44(φ75-φ25)判别.在查阅历史资料和堆积物调查的基础上,本文对大烂碴沟泥石流堆积扇的发育和演变过程进行了分析.研究结果表明,该区泥石流堆积扇的形成受到初次水石流和二次粘性泥石流两种泥石流形成过程的影响,水石流形成堆积扇主体,粘性泥石流则起到显著改变堆积扇形态特征的作用.大烂碴沟泥石流堆积扇的演变过程和特征明显受到大烂碴主沟和西白莲峪主沟水流的影响.从外部特征来看,堆积扇可以分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ四个区,其中Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ区表现为二次泥石流堆积特征,Ⅳ区表现为初次泥石流堆积特征.两次泥石流形成过程中固体物质的运动方式、搬运距离和侵蚀强度不同,其堆积扇在不同分区的沙砾粒径、排列方向和圆度也反映出两次泥石流的形成特征.该研究结果对今后进一步探讨北京山区泥石流形成机理和运动过程以及为北京山区泥石流防治制定有效措施提供了科学依据.     

北京山区泥石流的分类与类型

采用科学性、实用性和简明易行性的泥石流分类原则，制定出北京山区泥石流的分类指标，从7个方面对已判定出的705条泥石流进行分类。结果如下：1．按泥石流发育的地貌形态分类，有河谷型泥石流57条，沟谷型534条，山坡型114条(处)；2．按泥石流的暴发规模分类，有大规模泥石流51条，中等规模164条，小规模490条(处)；3．按泥石流的流体性质分类，有粘性泥石流136条，稀性泥石流30条，过渡性泥石流539条；4．按泥石流的发育阶段分类，有发展期泥石流296条，活跃期343条，衰退期66条；5．按泥石流的危害程度分类，有危害严重的泥石流117条，较严重的255条，中等的161条，轻微的172条；6．按泥石流的活动频率分类，有中频率的泥石流539条，低频率的166条；7．按泥石流形成与人类活动的关系分类，有人为泥石流36条，自然泥石流669条。