基于φ值粒度成分分析的泥石流动力特性

为了更准确地预测乌东德水电站库区方山果沟泥石流的动力特性,首先采用概率累积曲线法对沟口堆积颗粒进行沉积环境的定性判断,然后采用图算粒度参数法对泥石流堆积物进行分析,并对泥石流的动力特性进行初步的定性判断,最后根据堆积颗粒受力分析结合初步的动力特性的定性判断结果建立固体颗粒的力平衡方程。通过对方山果沟泥石流堆积物进行分析,得出方山果泥石流沟具有以下动力特征:方山果沟泥石流堆积物以碎石为主,分选很差;在搬运能力极强的重力斜坡作用下以推移、滚动搬运的方式为主。在此基础上计算得到方山果沟泥石流流速ub=8.67m/s。     

基于GIS和Voellmy模型的泥石流运动堆积过程模拟

泥石流流体具有速度快、破坏力强的特征,严重威胁着山区城镇的发展建设、群众生命财产安全。如何针对泥石流运动堆积过程进行模拟一直是泥石流研究的热点和难点。本文基于GIS技术以及近似Voellmy解的连续介质理论,建立了泥石流动力模型,采用数值模拟仿真的方法,以一典型泥石流沟为研究实例进行分析,通过模拟泥石流运动、堆积的动力过程,分析其最大速度、压力、过流量、堆积高度以及堆积面积,为后期泥石流危险性评价区划及防治提供有力支撑。     

德昌县角半沟泥石流发育特征及临界雨量研究

分析角半沟地形地貌及其泥石流物源条件发现,角半沟上部滑坡积物源丰富,沟域面积大,地形陡峻。暴雨条件容易诱发大规模泥石流。采用频率法计算得到泥石流临界雨量的上下限值范围。     

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。     

运用Voellmy模型方法模拟泥石流运动堆积动力过程

泥石流流体具有速度快、破坏力强的特征,严重威胁着山区城镇的建设、民众生命以及财产安全。如何针对泥石流的运动堆积过程进行模拟一直是泥石流研究的热点和难点。基于近似Voellmy解的连续介质理论,建立泥石流动力模型,采用数值模拟仿真的方法,以一典型的泥石流沟为研究实例进行分析,通过模拟泥石流运动、堆积的动力过程,分析其最大速度、压力、过流量、堆积高度以及堆积面积,为后期泥石流危险性评价区划及防治提供有力支撑。     

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。     

矿山弃渣型泥石流沟临界雨量浅探

矿山弃渣型泥石流沟是北京市西部山区重要的泥石流类型,在近几年发生的泥石流中占比重较大,是近期高发的泥石流类型。本文通过遥感调查数据总结了矿山弃渣型泥石流沟数量较多且松散物质易于启动的基本特点,对2016年7月20日江心台沟泥石流案例进行分析,依据本次泥石流前期雨量较少,当日激发雨量集中于某一时段即引发了本次泥石流的特点,提出了以本次泥石流提取的降雨信息,作为北京市矿山弃渣型泥石流沟临界雨量值的观点。     

基于流域形态完整系数的泥石流容重计算方法

通过对四川山区20条典型泥石流沟道的现场调查,建立了流域形态完整系数与泥石流浆体容重的统计关系,通过拟合分析形成了基于流域形态完整系数泥石流容重的指数式计算公式,获取了回归曲线,并采用误差分析、影响因素分析及趋势分析验证了该计算公式的合理性。研究表明,泥石流流域形态对泥石流浆体容重有很大影响,在区域地质背景条件相似时,浆体容重随流域形态完整系数的增大而减小。当流域形态完整系数大于0.3时,形成的泥石流多为稀性泥石流,且逐步向水石流、夹砂水流的状态发展,浆体容重可达到1.28t/m3的极值,这与目前观测到的泥石流容重最小值相符。基于统计关系所建立的拟合公式尤其适用于流域形态完整系数较大的桦叶形泥石流沟,可为无法观测（已暴发或难以到达）的泥石流沟容重的计算提供简便方法,亦可为容重参数的合理确定提供区域性参考。     

基于FLO-2D数值模拟的泥石流流动与堆积影响因素研究

泥石流和普通的山体滑坡不同,它是发生在山区的一种含有砂土和石块的暂时性水流,具有宾汉体的性质和运动阻塞双重特性,国内外众多学者在流动学实验及流动学模型的基础上,对数值模拟方法进行了大量研究,通过泥石流的灾害范围、运动速度、运动时间与实际情况进行对比,开发出适用于泥石流预报的数值模拟程序,FLO-2D就是其中之一。工程实践证明,在对泥石流组成物质的流动特性研究基础上,对泥石流移动及沉积特性进一步研究是非常重要的。本文运用FLO-2D流动模型数值模拟方法对泥石流的移动特性进行模拟,以此分析泥石流流动及堆积特性与黏性系数和屈服应力的关系。通过分析得到:随着黏性系数的增大,泥石流流速呈非线性减少;屈服应力作为影响泥石流发生及停止的因素,随着屈服应力的增大,流深也随着增大,但在泥石流移动特性中,屈服应力对泥石流流速的影响并不明显;随着黏性系数的增加,泥石流冲击力减小,而随着屈服应力的增加,泥石流的冲击力则增大。     

忻州伯强沟泥石流发育特征与防治措施建议

繁峙县是山西省泥石流较发育的县市之一,五台山北麓泥石流发育特征比较典型,该泥石流沟位于五台山景区内,严重威胁当地人民生命及财产安全。本文对伯强沟进行了详细的野外调查,获取了研究区泥石流沟的基础数据资料,分析了伯强沟泥石流基本特性,通过对流域物源来源、补给长度、堵塞程度的计算,得出了该泥石流沟的发展阶段及易发程度,结合野外资料采用多因子评价公式,对伯强沟泥石流沟做出了险情等级及危险性评估,得出该泥石流沟处于形成期(青年期)—发展期(壮年期),危险性发生几率大,成灾可能性大的结论,并且针对该泥石流沟的发育特征的认识及数据分析,提出泥石流综合治理的防治对策。     

冰湖溃决泥石流的形成、演化与减灾对策

本文分析了主要由冰滑坡和冰崩入湖导致的冰湖溃决的机理和条件.进而,从气候条件、水文条件、终碛堤、冰湖规模、冰滑坡、沟床特征和固体物质补给等方面分析了冰湖溃决泥石流的形成条件和特点,归纳出冰湖溃决泥石流沿程演化的6种模式:溃决洪水-稀性泥石流、溃决洪水-黏性泥石流、溃决洪水-稀性泥石流-黏性泥石流、溃决洪水-黏性泥石流-稀性泥石流、溃决洪水-稀性泥石流-黏性泥石流-稀性泥石流和溃决洪水-黏性泥石流-稀性泥石流-洪水.针对冰湖溃决泥石流突发性强、频度低、洪峰高、流量大、流量过程暴涨暴落、破坏力强和灾害波及范围广等特点,提出了7点减灾对策.     

宁夏贺兰山区郑官沟水石流发育特征与形成机理研究

通过对宁夏贺兰山区郑官沟泥石流的现场勘查与室内试验,总结了泥石流形成的地质环境条件,分析了泥石流的产流汇流机理和地形条件,并在此基础上计算了泥石流的运动学、动力学特征值,并对其危险度进行了定量评价。结果表明,郑官沟泥石流的平均容重为1.73t/m~3,应属于水石流;泥石流启动的临界坡度为tanθ≥0.29,或=16°;泥石流流通区平均流速为4.08m/s;泥石流流量为98.14m~3/s;一次泥石流最大冲出量为2.38×10~4 m~3;郑官沟泥石流的危险度为0.397,属中危险度泥石流沟。     

基于离散元的矿渣泥石流运动过程研究

矿渣具有散粒体的基本特征,在降雨作用下可以启动形成泥石流。为了解矿渣堆积物质启动形成泥石流的过程与降雨强度的关系,利用PFC~(2D)颗粒流软件对该矿渣泥石流进行不同雨强工况下的数值仿真,探究矿渣堆积体演化为泥石流的形态变化,揭示矿渣堆积体作为泥石流物源在降雨作用下颗粒位移和速度的变化规律,总结该矿渣型泥石流启动到暴发过程中颗粒内部力学特征。研究成果对进一步认识矿渣泥石流的启动机制、运移规律以及泥石流防治具有理论及实际意义。     

黏土颗粒含量对蒋家沟泥石流启动影响分析

黏土颗粒在泥石流中的含量并不大,但却显著地影响着泥石流的启动。在室内通过筛分配成9种不同黏粒含量级配的土体,在自行设计的模型槽内以1.64 g/cm3（松散干密度）,1.79、1.94 g/cm3（天然干密度）3种干密度堆成边坡模型,在雨强为85 mm/h下进行人工降雨试验,初步探讨了黏土颗粒含量对泥石流启动的影响,得到：黏粒含量在5%～18%时可以形成泥石流,其中黏粒含量10%时所需时间最短,低于5%或大于18%难以形成泥石流,黏粒含量具有临界性;填筑干密度越大,泥石流启动越困难,表现在启动时间长、深度浅、规模小、且填筑干密度不改变黏粒含量临界性;降雨条件下土体入渗率越高,泥石流越容易启动产流。通过试验的研究,可以深入揭示泥石流形成的内在机制,黏粒含量临界性为泥石流预测、预报提供了新思路。     

泥石流运动衰减动力学初步研究

我国公路泥石流病害严重，泥石流淤埋公路构建筑物是一类常见的公路泥石流病害类型。泥石流衰减动力学是防治泥石流淤埋病害的重要关键技术，也是泥石流运动学、动力学研究的核心问题之一。本文作者运用泥沙运动力学及流体力学原理，初步建立了泥石流固相颗粒和液相浆体的能量衰减条件，把泥石流衰减模式概化为两类，即能量抑制衰减和能量自由衰减；通过泥石流沉积模型试验，得到了不同粘度泥石流体的沉积扇变化形态，随着泥石流体粘度的增大，沉积扇边缘变陡、扩展范围变小、纵轴线长度减小等结论与实际情况吻合；初步建立了泥石流能量衰减速率计算方法。研究成果为防治公路泥石流病害奠定了基础。     

泥石流作用下钢筋混凝土框架结构的易损性评估模型

针对目前单沟泥石流灾害承灾体易损性评估定量化程度不高的问题,提出一种易损性计算方法。通过分析泥石流作用形式,建立了考虑承灾体弹塑性变形的计算模型。此外,应用有限元软件SAP2000模拟钢筋混凝土框架结构变形过程,确定了承灾体极限载荷。最后参考破坏等级标准计算易损性数值,并发现泥石流的作用高度、作用方向以及大石块冲击是影响泥石流冲击效果的重要因素。     

基于遥感影像的四川石棉“7·4”后沟泥石流形成机理与堵河过程分析

本文以2013年7月4日四川石棉县后沟堵河型泥石流为研究对象,通过泥石流堵河前后对比研究、前期与当日降雨分析、理论计算,认为后沟泥石流为强降雨自然诱发、矿渣物源补给的复合型泥石流。后沟泥石流的启动过程主要表现为:强降雨→启动点产生→沟道侵蚀、拉槽→沿程流量加大→矿渣物源参与→规模突增→淤积与下切交错→堵塞楠桠河。通过灾后的实地调查,后沟泥石流堵断楠桠河溃坝后,在堆积区形成2个堆积扇和3个对冲淤积点,保存着泥石流顶冲对岸形成堰塞体的形态特征,具有典型泥石流堵河特征。通过经验公式计算,后沟堵河程度在堵河可能性小和严重堵塞之间,与历史频率、实地调查、遥感分析具有较好的适应性。     

论小流域内泥石流物源的判别—以康定县子耳沟为例

小流域内松散碎屑物质的稳定性及储量可以作为泥石流沟判别的依据。本文以康定县子耳沟为例,通过对滑塌面积率、不良地质体长度比、流域内暴发泥石流的碎屑物量最低标准三个指数的计算,判定子耳沟流域内松散碎屑物质物源丰富且不稳定,泥石流暴发可能性大。这种方法的应用,可以指导泥石流的预报预警和防灾减灾工作,判别山区小流域暴发泥石流的易发程度及规模。     

舟曲“8．8”三眼峪特大泥石流特征值分析

在对甘肃省舟曲县“8．8”特大泥石流调查的基础上,分析计算了三眼峪泥石流的静力学和动力学特征值。三眼峪泥石流重度介于2．O～2．15t／m^3之间,属于黏性泥石流;支沟大眼峪和小眼峪坡降大,谷底窄,泥石流流速比主沟流速大,最大流速达9．2m／s,流通区积蓄能量巨大;主沟最大流量位于大眼峪沟与小眼峪沟交汇处（峪门口）,流量达1830m^3／s,一次最大冲出量为152×10^4m^3,泥石流规模为特大型;三眼峪沟泥石流冲压力最大为小眼峪沟沟口断面处,冲击力为245kPa;实测泥石流堆积扇中石块最大粒径为11．2m,计算三眼峪沟泥石流中石块最大运动速度达15．06m／s。特征值分析结果可为舟曲泥石流灾后重建过程中工程设计提供重要依据。     

北京市密云区典型泥石流侵蚀过程分析

泥石流运动过程伴随着剧烈的侵蚀,导致其洪峰流量增加、规模增大、破坏性增强。本文通过对2016年8月12日北京市密云区龙潭沟景区曹庄子沟泥石流为例,通过野外调查和地形扫描分析了该场泥石流的动力侵蚀过程。结果表明:激发该场泥石流的降雨重现期达到20年一遇,为典型短历时、高强度降雨;泥石流体中缺乏粘性颗粒,主要以砂粒为主,但容重达到粘性泥石流标准,为典型高容重、低粘度泥石流体。泥石流侵蚀作用一开始并不剧烈,但随着泥石流运动,这种侵蚀作用增强,导致沟道侵蚀深度增加;沟道中弯道处和地形急变段受到泥石流侵蚀作用最为剧烈,尤其是地形急变段对泥石流的侵蚀作用具有加强效应;侵蚀率与流速同步变化,并且与泥石流体所产生的剪切力呈正相关关系。林木能够降低泥石流流速,消耗泥石流动能,进而减小泥石流破坏性。由于天然条件下的泥石流侵蚀过程研究较少,本文中侵蚀率与地形变化的关系以及泥石流体剪切力的正相关关系为泥石流防治规划设计和该类泥石流的预测预报提供了案例和思路。