岩质滑坡−碎屑流的运动距离计算公式研究

滑坡?碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度?、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡?碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡?碎屑流灾害预警工作提供理论指导。     

甘肃天水地区渭河南岸大砂沟泥石流发育特征

以天水地区渭河南岸大砂沟泥石流沟为研究对象,通过野外地质调查以及历史资料的统计,初步了解该泥石流的形成条件、松散物源的补给条件、活动历史;详细研究了该泥石流的运动特征,并提出了相应的治理措施。结果表明:该泥石流沟上游三面不稳定斜坡体上的堆积物和大砂沟沟道内的松散堆积物为该泥石流的主要物源;通过统计分析,在极端降雨天气条件下计算得到洪峰流量为355. 26 m3/s。该泥石流沟仍存在暴发大规模泥石流的可能性,一旦泥石流发生,将对下游甘谷县城居民的生命财产安全造成严重的威胁。研究成果可为天水地区泥石流的防灾减灾提供科学依据。     

Topographical controls on small‐volume pyroclastic flows

Emplacement of small‐volume (<0·1 km³) pyroclastic flows is significantly influenced by topography. The Arico ignimbrite on Tenerife (Canary Islands) is a characteristic small‐volume pyroclastic flow deposit emplaced on high relief topography. The pyroclastic flow flowed down pre‐existing valleys on the southern slopes of the island. In proximal areas deep (up to 100 m) valleys acted as efficient conduits for the pyroclastic flow, which was mostly channelled; in this particular area the ignimbrite corresponds to a homogeneous, moderately welded deposit, consisting of flattened pumices in an abundant ashy matrix with a relatively low lithic fragment content. In intermediate zones significant changes occur in the steepness of the slope and, although still channelled, here the pyroclastic flow was influenced by hydraulic jumps. In this area, two different units can be clearly distinguished in the ignimbrite: the lower unit is composed of a lithic‐rich ground‐layer deposit that formed at the turbulent, highly concentrated head of the flow; the upper unit consists of a well welded pumice‐rich deposit that occasionally reveals a basal layer formed by shearing with the lower part. This division into two units is maintained as far as distal areas near the present‐day coastline, where the slope is very gentle or null and the ignimbrite is not channelled. The ground layer is not found in distal areas. The ignimbrite here only consists of the upper unit, which is occasionally repeated due to a surging process provoked by the lower flow speed, as the pyroclastic flow spread out of the channelled zone. A theoretical model on how topography controlled the deposition of the Arico ignimbrite is derived by interpreting the observed lithological and sedimentological variations in terms of changes in topography and bedrock morphology. This new model is of general applicability and will help to explain other deposits of similar characteristics.     

岩溶洞穴交互带概念的提出及其在水资源管理中的意义

岩溶地区以管道流为主的地下水补给、径流与排泄常常引起地下水与地表水间快速且频繁的交互与转化,并因此引发水环境退化问题。文章引用并拓展地表水文学和水文生态学中交互带的概念,提出南方岩溶地区管道流与其他类型水体交互的场所为岩溶洞穴交互带,并依据交互带的水流类型和交互方式,划分为泉口交互带、天窗交互带、落水洞交互带和管道交互带4种类型;且以泉口交互带和天窗交互带为重点,采用水文和水化学在线监测、现场测试、流量测量,结合水化学、浮游生物和微生物等的分析鉴定,剖析了交互带的水文、水化学特征和水生生物群落结构及其与水环境的关系。研究发现:岩溶洞穴交互带的水文功能有弱化趋势;泉口交互带的污染物降解能力明显,水化学功能尚能发挥作用;水生生物功能在退化,主要是由水文功能弱化导致的。水文功能弱化是岩溶洞穴交互带环境功能退化的重要原因。建议在岩溶地区的水文地质和环境地质工作中重视交互带,探索交互带的探测和监测技术,通过有效管理改善交互带的环境功能。      

有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。     

高拱坝施工初-中期导流风险模型及应用

面向工程设计阶段,采用高拱坝施工动态仿真技术获取施工初-中期挡水度汛面貌数据,综合考虑水文、水力随机性因素,构建高拱坝施工初-中期导流风险模型,提出采用Monte Carlo方法耦合挡水度汛面貌数据和主要随机因素进行风险模型求解的方法。基于风险分析原理提出了导流洞设计的风险判别方法,给出导流洞尺寸设计优化的数学模型和具体步骤。通过金沙江上游某高拱坝工程案例分析的结果表明:所提风险模型及求解方法是适用的、有效的,该模型能够得到整个施工初-中期导流风险率,较为客观地反映高拱坝施工中期度汛可能存在的两种挡水情况,克服了初期导流风险模型的局限性;施工中期导流风险率随导流洞尺寸增大而减小,导流洞尺寸设计的可行方案集存在界限,即优化方案。研究成果可为高拱坝施工导流的风险决策和设计优化提供理论支撑。     

坡面流层流区动力学特性

为完善坡面水流的基础理论研究,基于定床水槽试验,以甘油溶液为试验流体,采用超声波测量技术,进行了4种粗糙度、5种坡度和13种单宽流量条件下的组合试验,研究了坡面流层流区的动力学特性及滚波特征。研究结果表明:在雷诺数为8~160的范围内,流态指数在理论值0.33附近波动,且随粗糙度的增大呈现先增大后减小的变化趋势,在粗糙度为0.10 mm附近达到峰值;阻力系数受坡度和粗糙度影响显著,可较好地由坡度、粗糙度和雷诺数的关系式表示;随着雷诺数的增大,滚波波速和波峰均呈幂函数形式递增,滚波周期大小无明显变化;坡度的增大会使层流失稳临界单宽流量减小,粗糙度的增大会使临界弗劳德数的均值减小。     

基于熵权-正态云模型的泥石流灾害易发性评价

近年来,由于极端天气事件频发和工程建设活动加剧,泥石流灾害对人类的威胁愈加严峻。因此,在综合分析泥石流灾害发育特征及形成机理的基础上,进行泥石流灾害易发性评价对防灾减灾工程活动具有指导意义。选取沟谷岸坡坡度、沟床纵坡比降、植被覆盖率、单位面积固体物源储量、汇水面积、雨季降雨量建立评价指标体系,采用熵权法确定评价指标权重,将泥石流灾害易发性分为高易发、中易发、低易发和不易发四级,建立基于正态云模型的泥石流灾害易发性评价方法,并以西秦岭地区5条泥石流沟为例验证了该评价模型的合理性。进一步将该模型用于陕西吴堡井沟泥石流灾害易发性评价,结果表明井沟泥石流具有中易发性,评价结果与实际相符。     

河北宣化赵川地区矿渣碎屑流工程特性及其启动机制

张家口宣化地区存在大量具有潜在危险的松散矿渣堆积体,文章以该地区具有代表性的响水沟松散矿渣堆积体为研究对象,对矿渣的颗粒组成、矿物成分、力学性质等进行详细的室内试验研究,结果表明:矿渣堆积体属砾质砂土,粘粒含量少,且级配不良,松散易流动。同一干密度下,随含水率增加,矿渣抗剪强度先增大后减小,当含水率为15%时,其粘聚力最低,表明响水沟矿渣堆积体失稳启动下滑的界限含水率可能在15%左右。综合以上分析结果,拟合得到粘聚力与含水率关系公式,初步预测矿渣碎屑流启动下滑的临界含水率。这一认识对该区矿渣堆积体的稳定性评价及碎屑流灾害预警有重要意义。      

基于LAHARZ的泥石流堆积范围预测模型的建立及应用

为了探究泥石流的堆积范围,利用LAHARZ软件,对北京市密云县泥石流沟喇嘛栅子南沟进行了数值模拟。结合泥石流沟小流域1：10 000数字高程模型图,模拟了泥石流的堆积范围。首先利用中国部分地区泥石流体积和堆积范围的数据资料,获得了泥石流体体积与其堆积范围的新的统计模型B=11.42V^0.7156;然后通过模拟沟道与实际沟道的对比,确定了最佳沟道阈值为15 000;再结合现场调查统计和降雨历史资料,确定了10年、20年、50年和100年一遇暴雨条件的泥石流体积值,分别为56 500、72 900、94 200和113 100 m³;最后在此基础上对该条泥石流沟的堆积范围进行了预测。结果表明,100年一遇的暴雨条件下泥石流堆积面积为48 729 m²,到达最远距离约为490 m,已影响下游村庄。