溃决型泥石流形成过程分析

为了认清堰塞坝溃决形成泥石流过程和获取溃决型泥石流的形成条件,开展不同水槽坡度、物质材料、来水流量和坝体形状共计60组水槽试验。试验结果表明,溃决型泥石流较沟谷侵蚀型(全河床时)泥石流更易形成;河床下游混合液重度随时间增长呈先增大后减小的变化规律;底床坡度的增大可大幅度增大混合液重度;堰塞坝材料中值粒径减小与坝体背水坡坡度增大均提高混合液重度;混合液重度受背水坡坡度的影响不如底床坡度和坝体形状灵敏。利用水流功理论并结合试验数据,建立了溃决型泥石流形成的临界条件。最后,采用野外资料,对所建临界条件进行了验证。     

基于物理模拟试验的泥石流汇江效应初步研究

为有针对性地预防和斩断泥石流汇江诱发的灾害链,以四川省汶川县映秀镇红椿沟"8·14"特大泥石流为原型,建立泥石流汇江物理模拟模型,通过5组17次物理模拟试验,研究交汇角、主河流速、泥石流含水率、一次入汇固体总量对泥石流汇江效应的影响,及物源对堵江模式的影响。试验表明:当交汇角为90°时,最容易发生堵江现象;河流流速越大,冲刷及携带颗粒的能力越强,交汇堆积区物质的体积越小;当物源含水率接近0.85时,交汇处堆积体体积最大;交汇区堆积体体积与一次性固体物源总量成线性关系,其增长幅度较其他影响因素(如交汇角、流速等)大;当物源体积较小时,易形成水下潜入式坝;当物源体积较大时,一部分泥石流形成潜入坝,另一部分保持在水面以上运动,泥石流中的细颗粒被河水带走,粗颗粒在交汇处保留造成局部堵塞甚至完全堵塞;试验中物源混合物重度试验值、流速反算值与红椿沟泥石流实际值基本吻合,验证了物理模拟试验的准确性。     

泥石流软基消能排导槽流速与消能特性试验研究

排导槽内泥石流流速是排导槽设计时需要考虑的重要参数之一。使用泥石流原样进行室内模型实验,探究了不同泥石流重度、肋槛间距、排导槽坡度下泥石流在排导槽内流速的变化规律和排导槽肋槛对泥石流的消能规律。研究得到如下结论:试验条件下,泥石流排导槽对泥石流流速的降低率随泥石流重度变化不大;泥石流在排导槽内平均流动速度随泥石流重度的增加而减少,随泥石流排导槽坡度的增大而增大,随肋槛间距的增加而增加;泥石流在排导槽内消能率呈现如下规律:单个肋槛平均消能率随泥石流重度的增大而增大,随排导槽坡度的增大而增大。不同肋槛间距下,泥石流在排导槽内整体消能率随肋槛间距的增大而降低,单个肋槛平均消能率随肋槛间距的增大而增大。根据本文研究相关成果,在进行泥石流排导槽设计时,通过合理设计排导槽横断面、坡度、肋槛等参数,能有效控制泥石流流速,达到降低泥石流冲击破坏的目的。     

低矮房屋瞬态内压的风洞试验研究

设计一种新的试验方法模拟低矮房屋模型的门窗突然开启过程,在边界层风洞中采用高速同步压力扫描系统对模型开孔的瞬态内压响应进行了试验研究,发现了有别于已有试验研究结论的结果并由内压传播理论所定性验证。试验考虑了开孔率和背景孔隙率对风致瞬态峰值内压的影响,结果表明:门窗突然开启的过冲比(定义为瞬态峰值内压系数和稳态峰值内压系数之比)随开孔率的增大而增加,对于气密性较好的房屋由试验得到的过冲比在1.17～1.34之间,而理论计算的过冲比则更大,相应稳态峰值内压随开孔率的变化相对较小。过冲比随背景孔隙的增大而下降,当背景孔隙率达到0.2%时,瞬时过冲现象消失。     

格子坝拦挡黏性泥石流闭塞过程及其闭塞判识实验研究

坝体闭塞程度是透过型拦砂坝拦挡泥石流的重要特征之一,其决定着拦砂坝的拦挡效益。目前,对于格子坝拦挡黏性泥石流的设计还处在经验阶段,关于其闭塞类型和临界闭塞条件的研究较少,尚缺乏理论依据和技术指标,是泥石流防治工程设计急需解决的技术问题。通过室内水槽实验和理论分析,研究格子坝拦挡黏性泥石流闭塞过程及其闭塞判识方法。格子坝的闭塞主要受泥石流容重、格子坝开口间距与水槽坡度影响。格子坝拦挡黏性泥石流存在3种闭塞类型,即全闭塞类型、半闭塞类型、未闭塞类型。给出格子坝的闭塞临界综合判据F,实验结果表明,当F≤0.99时,格子坝表现为全闭塞类型;当0.99F2.92时,格子坝表现为半闭塞类型;当F≥2.92时,格子坝表现为未闭塞类型。同时,结合实验数据,提出格子坝闭塞度的定量计算的经验公式,可用于判识格子坝闭塞情况和格子坝开口间距设计提供依据,并举例说明判识公式的实用价值,可以进一步为实际工程应用提供技术支撑。     

具有自复位功能的泥石流拦挡坝抗冲击性能

为了解决泥石流拦挡坝在泥石流发生时容易被大块石损毁的问题,提出了一种具有自复位功能的泥石流拦挡坝,并采用钢球代替泥石流中的大块石,运用有限元软件ABAQUS对其进行冲击模拟,从坝体的变形、支反力、位移、加速度等方面与普通重力式泥石流拦挡坝进行了对比分析。结果表明:自复位拦挡坝较普通重力式泥石流拦挡坝有良好的抗冲击性能,其应力小且分布比普通重力式泥石流拦挡坝更均匀,支反力和加速度较普通重力式泥石流拦挡坝有显著降低,位移略大于普通重力式泥石流拦挡坝。     

在三轴仪上用“以气换水”的方法测定黄土的体积变化

具有湿陷性的黄土,在测定其体积变化时,就不能用饱和排水的方法来测定,而必须另找新的途径,以求达到测定体积变化的可能性。 一、什么叫“以气换水” 由于黄土的含水量低(5.13～6.42％)、容重小(1.25～1.37g/cm~3)、孔     

强震区泥石流坡面物源发育规律与侵蚀坡度效应研究

汶川地震触发的滑坡崩塌地质灾害具有危害性大、规模大、数量多的特点,使震区参与泥石流活动的潜在松散物源大量增加,导致泥石流暴发频率和暴发规模较地震前明显增大。为探讨地震对强震区泥石流的影响,调查强震区泥石流物源的分布特征,并分析坡面物源的侵蚀坡度效应,通过对都汶路沿线泥石流物源调查,利用GIS技术对研究区泥石流物源空间分布进行统计分析,并基于静力学方法对物源侵蚀的坡度效应进行探讨。研究表明:(1)利用研究区遥感影像提出灾害点并计算投影面积,利用野外调查得到灾害点样本体积,基于多元回归分析得到研究区物源体积估算模型;(2)统计研究区不同岩性区灾害点个数与面积,得出花岗岩区灾害点发育程度最高,并分析花岗岩微观结构和构造特征;(3)地震物源点主要在坡度40°~50°,坡向120°~150°,高程1 400~2 800 m区间发育,且随着烈度增加与发震断裂距离增加而快速增加,具有上下盘效应、背坡面效应;(4)研究了泥石流物源侵蚀规律。地表径流深度与斜坡坡度呈负相关、坡面流速在坡度等于60°时取得最大值,物源侵蚀能力临界坡度为42.4°~48.1°。     

开孔铝合金板受剪性能研究

为满足建筑采光通风等功能需求或建筑造型需求，开孔铝合金板逐渐在屋面板及墙面板中得到应用。而铝合金面板作为围护结构可以在平面内提供一定的受剪强度，且与主体结构可靠连接后可提高结构的整体性能。为研究开孔铝合金板的受剪性能，以某实际铝合金网壳为原型，进行了两个开孔铝板受剪性能的足尺试验，试件均发生局部屈曲破坏。采用ABAQUS有限元软件建立四边简支板模型，进行参数分析，研究开孔铝板的宽厚比、长宽比和开孔率对板件受剪性能的影响。结果表明：开孔铝板的受剪承载力随着板件宽厚比的增加而降低，随着板件长宽比的增加而降低，随着板件开孔率的增加而降低。同时，根据数值分析结果，拟合得到适用于开孔率在0～0.5的开孔铝板受剪承载力的计算式，并将拟合计算式、数值分析及试验结果进行对比，验证了拟合计算式的准确性。     

不等轴双向拉应变下有纺织物孔径变化试验研究

有纺土工织物的孔径特征是反滤设计的重要指标。工程中有纺织物常处于不等轴双向受拉状态,引起孔径变化,导致织物反滤性能失效。采用数字图像法测试了不等轴双向拉应变下,3种条膜有纺织物的孔径参数变化,包括孔洞长宽比、开孔面积率、等效孔径(O95)等。对比经纬向应变比2∶1,3∶1,4∶1对试验结果的影响,根据孔径特征变化规律,揭示不等轴双向拉伸引起孔径变化的机理。运用图像法试验结果,验证已推导的双向应变下开孔面积率及孔径理论解。试验结果表明:开孔面积率、等效孔径(O95)均随双向拉应变的增大而增大。纬向应变相同时,经纬向应变比越大,孔洞形态(即孔洞长宽比)变化越大,开孔面积率及孔径变化的斜率越大。理论解较好地预测了开孔面积率及孔径的变化率及数值,孔径参数与双向拉应变呈现近似线性关系。但理论解的孔径计算以孔面积为指标,无法考虑应变比造成的孔形态变化对反滤作用的影响。     

谷坊在泥石流防治中的作用--以云南蒋家沟2条支沟的对比为例

泥石流灾害严重威胁其影响区人民的生命和财产安全,但是泥石流灾害可以通过诸如控制侵蚀等工程措施来预防或者减轻。谷坊正是能够在泥石流形成区对泥石流灾害进行有效防治的工程措施之一。在野外实地调查的基础上,运用构造地质、工程地质、岩土力学等理论和方法,对比云南蒋家沟泥石流的2个主要支沟——门前沟(有谷坊布设)和多照沟(没有谷坊布设)在沟床纵坡降、沟谷两侧斜坡稳定性及泥石流侵蚀速率等3个方面的差异,来说明谷坊工程能够有效抬高泥石流侵蚀基准面,降低泥石流沟谷回淤段沟床纵坡及由此带来的泥石流流速的降低和能量的耗散,固定沟床、稳定岸坡、促进植被生长,最终达到防治泥石流的目的。此外,还讨论了谷坊设计时需要注意的几点问题。     

坡面型泥石流治理过程中土体变形机制宏细观研究

 试验利用“锚杆–护坡”模拟“锚杆固定大面积护坡”进行坡面型泥石流治理试验,研究坡面型泥石流“锚杆–护坡”治理过程中土体变形的宏细观机制。试验观测表明在“锚杆–护坡”治理下坡体未发生分层滑动,坡体位移场分析中出现了潜在的圆弧状薄弱面,坡体形成类似于黏土的小位移圆弧滑移趋势。采用可视化细观测试系统从细观尺度研究坡面型泥石流“锚杆–护坡”治理下土体的变形机制。细观分析可知,试验过程中,颗粒下沉并在坡体底部积聚,坡体下层细颗粒含量增加,上层以粗颗粒为主,导致坡体上部面积孔隙率大于底部,坡体结构由不同粒径颗粒均匀分布变为“底部细颗粒沉积密实,上层粗颗粒骨架稳定”的相对稳定结构。试验研究表明：“锚杆–护坡”的滤水固土作用,改变坡体的变形机制和结构,减小坡面型泥石流的发生几率,为坡面型泥石流的工程治理提供参考。     

新型地锚扶壁式泥石流格栅坝基础冲刷计算方法研究

泥石流格栅坝工程安全稳定的关键是基础,相比外露结构的计算,基础遭冲刷掏空的问题更值得引起重视。在提出新型地锚扶壁式泥石流格栅坝的基础上,将格栅坝基础冲刷分为初期和中后期两个阶段,初期冲刷主要以坡面冲刷为主,中后期冲刷主要考虑冲坑的变化发展。基于能量法,推导了格栅坝基础冲刷深度的计算公式,通过算例分析了不同流深下的冲刷深度,并与其它公式的计算结果做了对比。结果表明:推导公式计算的冲刷深度比其它公式计算的结果都大,初期冲刷的影响在设计中应当予以重视。     

潘家沟泥石流灾害特征及其综合治理

对四川省青川县潘家沟泥石流形成条件、发育机制及特征进行了研究。从地形地貌、地质环境、物源、降水等方面较全面地分析了潘家沟泥石流形成的条件,查明了泥石流形成的关键因素。通过定性分析和流量、流速及一次冲出固体量等参数的定量计算分析,较细致地研究了泥石流的各项特征,得出泥石流是由暴雨诱发的中频中等规模的泥石流。进一步分析了泥石流的危害特征,治理的必要性和紧迫性。针对危害特征,对泥石流采取了以拦挡工程为主、辅以排导槽、防护堤及生物措施的综合治理方案。工程实施后, 收到良好的社会、经济效益,保护了当地群众的生命财产安全。     

温州地区暴雨型泥石流灾害分析及治理方案

以乐清市龙西乡上山村后山泥石流为例,分析了温州地区暴雨型泥石流的基本特征、形成条件及发展趋势,讨论了治理工程的设计思路、标准和设计参数,根据以＂拦＂为主的设计思路,提出了拦砂坝、护岸、防冲挡墙相结合的工程治理方案,取得了良好的治理效果。     

泥石流启动过程中水土作用机制的宏细观分析

 利用自制小比例模型槽,结合可控降雨强度的降雨模拟器,进行人工降雨诱发泥石流的室内模型试验,着重研究不同降雨强度对砂性泥石流启动下滑过程的影响。利用精密的基质吸力测量仪器(PF-Meter测量仪),对非饱和砂土基质吸力随含水量的变化关系进行研究。利用孔隙水压力量测技术,对降雨过程中孔隙水压力的变化进行测量。通过水土作用的力学变化规律对泥石流启动时的宏观影响因素进行分析。在宏观分析的基础上,利用CCD微观摄像技术,观测砂土内部砂颗粒的运动规律,运用GeoDip软件从细观的角度对泥石流堆积土体力学变化的成因进行探讨。分析结果表明砂土在雨水作用下,砂颗粒的运动是导致堆积土体内部力学变化的主要因素。     

A new water–sediment separation structure for debris flow defense and its model test

Structural measures, such as the commonly used open dam with a water–sediment separation function, are important in the mitigation of debris flow hazards and disasters. However, the existing open dams often lose their water–sediment separation function over time and/or during a debris flow event because of blockage by sediment and other debris. To resolve this problem, this paper describes a new debris flow water–sediment separation structure. This structure causes the separated sediment to leave the structure automatically and move to a deposit field. In this way, it maintains its water–sediment separation function in a debris flow event. To test the effectiveness of the new structure, model experiments were developed and tested in the laboratory. These showed that the water–sediment separation function was maintained. More than 80 % of the sediment larger than the design sediment was separated, and most of it left the structure automatically with the water–sediment separation functioning throughout the debris flow process.     

泥石流堆积体边坡失稳机理的试验与稳定性分析

泥石流堆积体边坡失稳现象由于其组成物质、形成年代和堆积部位等方面的特点,与其他岩土边坡失稳有不同的表现。根据泥石流堆积体的形态特点与沉积特征,利用条块侧向推力正弦变化的Spencert条分法进行泥石流边坡稳定性的分析,对山地工程减灾分析有意义。利用Spreadsheet自嵌Visual Basic Application编译器编写了描述沿深度变化土体物理参数的稳定性分析程式。程序从确定性分析开始计算边坡稳定性系数,并利用Spreadsheet的约束优化功能寻找可能的圆弧滑动面,在此基础上计算最可能的非圆弧滑面,最后与实际观测滑面稳定性分析进行对比现场试验人工降雨造成超渗产流,实时测得的数据表明,在距表层土体50 cm以下含水量变化很小,边坡并没有产生明显的后缘张裂隙,在集中降雨导致超渗产流的情况下,泥石流堆积体边坡失稳主要是表层50 cm深度以内土体含水量变幅大的土层中发生,而在50 cm以下深度范围内土体基本保持稳定。程序分析表明,随着给定的滑动土层厚度的增加,安全系数逐步降低,只有平均土层深度为2.4 m才有完全满足约束条件的最优非圆弧滑面。研究结果表明,条分法已经不能适用于强降雨条件下泥石流堆积体边坡失稳机理的研究。     

冲击荷载作用下带支撑钢构格栅坝位移分析

就带支撑钢构格栅坝结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟。分析在冲击荷载作用下结构的位移响应。结果表明:带支撑钢构格栅坝可以有效减小泥石流巨石冲击下结构的位移,在现有格栅坝基础上位移减小了50%之多。