汶川地震区特大泥石流工程防治新技术探索

汶川地震在龙门山地区激发了大量的崩塌、滑坡,为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物源,震后4年里泥石流非常活跃,暴发了数次特大规模泥石流.初步分析了2个典型泥石流防治工程失败的原因,发现对防治工程本身而言,主要因素在于目前大量采用的浆砌石结构抗冲击破坏能力弱.为了抵御特大泥石流的冲击破坏,初步提出了钢筋混凝土框架+浆砌石坝体式泥石流拦砂坝、预制钢筋混凝土箱体组装式拦砂坝的新型泥石流拦挡结构,以及复式断面泥石流排导槽、预制钢筋混凝土箱体组装式排导槽的新型泥石流排导结构,这些新结构可望在不大幅度增加工程投资的情况下,提高泥石流防治工程抗冲击破坏能力,缩短工程建设周期,保护流域生态环境,充分利用沟内现存材料.这些方法及其组合可望对特大泥石流进行有效的调控.     

泥石流斜墙式V型排导槽的设计分析

针对泥石流斜墙式V型排导槽的水力最佳断面和槽底的内力计算问题,基于水力学理论和链杆法,分别推导其计算公式。结果表明:该类槽型的水力最佳断面与深度无关,用链杆法计算槽底内力更为简便。最后,以平川泥石流为例,进行了排导槽槽底的内力计算。     

“阶梯+消力墩”型排导槽调控泥石流性能研究

排导槽在泥石流减灾防灾中扮演着重要角色,但以往的排导槽难以解决近些年出现的大比降沟道泥石流灾害治理难题,为此,提出了一种新型“阶梯+消力墩”排导槽以期解决这一难题。通过水槽实验,从泥石流流态、密度、颗粒粒径、泥深、速度和冲击力等方面评估该三种消力墩体型(正方形、梯形和三角形)排导槽调控泥石流的效果。结果表明,泥石流在排导槽内呈现波状流态,消力墩把泥石流挑向空中,虽然对泥深产生了放大效应(正方形消力墩放大效果最明显,梯形消力墩放大效应最弱),但可以显著降低泥石流流速。泥石流经过“阶梯+消力墩”结构的调控后,在出口处的密度有所降低、固相颗粒粒径减小,且梯形消力墩表现出最强的拦粗排细能力。梯形消力墩上承受的冲击压强大于三角形消力墩上的冲击压强,第一个消力墩上冲击压强最大的体型为正方形消力墩体型,而第二、三个消力墩上冲击压强最大的体型则为梯形消力墩体型。     

震后堵溃泥石流的特征及防治对策研究——以四川省平武县唐房沟为例

汶川地震直接诱发的大量崩塌、滑坡堵塞沟道,形成很多堵塞坝,这些堵塞坝溃决后极易形成堵溃泥石流,由于成灾快和规模大等特征,其造成的灾害损失比一般的暴雨泥石流要严重得多.以四川省平武县平通镇唐房沟为例,通过野外考察、现场测量、取样分析等方法,分析震后堵溃泥石流的形成过程、流量计算及防治对策.通过采用形态调查法和雨洪法对唐房沟的流量计算结果表明,采用配方法计算的流量结果明、显小于采用形态调查法的结果,其主要原因是因为沟道内存在严重的堵塞,加之地震诱发的大量松散固体物质和震后激发泥石流临界降雨条件的降低,造成泥石流规模的增大.唐房沟目前防治现状存在新建的排导槽过流能力不够、基底已被破坏、弯道处未考虑超高,沟内未布置拦挡工程等问题.由于唐房沟内目前松散固体物质充足,在一定的降水条件下,仍会再次暴发泥石流,泥石流将会威胁到沟口平通镇1 600余人的生命财产安全,同时也威胁到沟口灾后重建工作的顺利开展,针对这些问题,提出了修建拦挡工程、改造排导槽并结合预管预报措施的防治对策.     

固原市东岳山地质灾害问题及治理措施

为了有效地防治固原市东岳山地质灾害,在分析东岳山地质环境条件及调查的基础上,查明了东岳山地质灾害主要有滑坡、危险性斜坡及泥石流等.同时,分析其形成的条件,并提出了各类地质灾害的治理措施,如对滑坡、危险性斜坡采取地表排水、围栏围挡、削坡、生态治理等,对泥石流采取多级拦挡坝工程、工程排导、生物工程治理等.     

最大或然弯道在泥石流排异沟上的应用

为优化泥石流排导沟弯曲段的设计,建立了最大或然弯道的平面几何形状、边墙超高、床面横比降的计算公式,分析了最大或然弯道和传统的定半径弯道的优劣。文中提出的计算方法可为排导沟的优化设计提供理论依据。     

导墙对地下墙泥浆槽壁的稳定作用分析

通过对导墙在防止地下墙泥浆槽壁塌坍方面的各种作用因素的分析,建立起计及导墙稳定作用和考虑了土拱效应的槽壁稳定分析方法,导出在导墙作用下的坍体底斜面临界倾角αｆ和护壁泥浆临界相对密度ｄｆ ｍａｘ的计算公式。所得计算分析结果符合工程实际情况,为工程计算提供了科学依据。     

石栏及网装石坝在泥石流沟处治中的应用

简述了泥石流沟处治的常用方法,结合实例介绍了石拦、网装石坝多级拦挡工程在泥石流沟综合处治中的应用,其理念为通过多级拦挡工程的实施,使泥石流沟实现部分蓄水、停淤和减缓滑坡切蚀直至最终稳定治理的目的。     

汶川地震区泥石流灾害工程防治时机的研究

“5·12”汶川地震诱发了大量的崩塌、滑坡等地质灾害,导致大面积坡面的岩土体松动,为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源。在泥石流形成的三大主控因素中,最重要因子已经由震前的短历时降雨量变为松散固体物质量了。由此,在同样的降雨激发下,同一流域将可能爆发比灾前更大规模的泥石流灾害。通过对历史地震后泥石流发展规律的类比分析,结合2008年雨季灾区泥石流活动状况,讨论地震灾区泥石流工程防治的最佳时机。经过初步分析认为,在极重灾区不宜在震后3年内实施大量的泥石流防治工程,而应在震后3～5年实施工程防治;在重灾区和一般灾区,可以在震后立即实施泥石流工程防治。目前地震灾区规划了大批泥石流工程防治项目,覆盖了极重灾区和重灾区。在极重灾区立即实施大批的泥石流防治工程,可能得不到预期的防治效果。建议汶川地震区位于极重灾区的泥石流防治项目宜在3~5年后实施。     

泥石流冲击力研究

泥石流冲击力是许多工程结构破坏的主要因素，但泥石流冲击力的计算还未有适当的方式。本文通过对泥石流冲击力实测资料的分析和处理，得到了泥石流冲击力频谱特性曲线，并利用此曲线阐明了泥石流工程结构设计中如何计算冲击力的问题。     

泥石流流域的概率分布

泥石流是典型的山区小流域活动,根据《中国泥石流数据库》的6000余个泥石流流域的基本数据,中国95%的泥石流沟发生在面积小于50 km2的流域。几个泥石流多发区和全国的泥石流流域面积分布都属于广义的Γ分布。分布参数的大小表现出明显的地域性差异;分布形式也可能在一定程度上反映了泥石流发生的物理学机制。最后,结合面积-流量关系讨论了泥石流规模的分布,提出泥石流的规模-频率关系可能具有更一般的指数分布形式,而不是通常认为的负幂形式。     

公路泥石流防治结构内泥石流体运动规律研究

泥石流是一种典型的公路水毁病害,也是公路水毁时主要破坏动荷载,遵循泥石流的运动规律和道路破坏特点,建立泥石流防治技术是治理公路水毁病害的关键。文章通过分析泥石流体的运动特点,提出了合理的速流槽泥石流防治结构剖面形状,根据能量守恒原理建立的泥石流体运动方程和根据平抛理论建立的泥石流体抛程计算公式,解决了泥石流防治结构受泥石流体作用力大小的计算和泥石流防治与公路水毁病害治理效果的理论判断问题,为同类型的特大型公路泥石流防治结构设计与公路水毁病害治理提供了理论依据。     

四川都江堰龙池“8.13”八一沟大型泥石流灾害研究

2010年8月13日都江堰龙池八一沟在强降雨(75 mm/h)下导致强大雨水启动沟道及两侧松散堆积物后,冲毁各支沟内的拦挡坝,最终溃决形成规模巨大的过渡性泥石流。在八一沟大型泥石流灾害现场调查的基础上,首先对形成泥石流的地形、水源、物源3个基本条件进行了论述;其次分析了八一沟泥石流的特征和成因;再次计算了泥石流的动静力学参数:容重1.88 g.cm-3左右,泥石流的洪峰流量达1 082 m3.s-1,泥石流的屈服应力在6 700 Pa以上,一次泥石流固体总量为116×104m3,堆积扇上巨石的冲击力为2 449 t;最后分析了泥石流的发展趋势:八一沟流域内还存在大量崩滑体及沟道松散堆积体,在强降雨作用下,很容易再次启动,形成泥石流,造成灾害。     

Influences and drivers of woody debris movement in urban watercourses

It is recognised that the blockage of culverts by woody debris can result in an increased risk of infrastructure damage and flooding. To date, debris transport analysis has focused on regional fluvial systems and large woody debris, both in flume and field experiments. Given the social and economic risk associated with urban flooding, and as urban drainage design shifts away from subsurface piped network reliance, there is an increasing need to understand debris movement in urban watercourses. The prediction of urban watercourse small woody debris (SWD) movement, both quantity and risk, has undergone only limited analysis predominantly due to lack of field data. This paper describes the development of a methodology to enable the collection of accurate and meaningful SWD residency and transportation data from watercourses. The presented research examines the limitations and effective function of PIT tag technology to collect SWD transport data in the field appropriate for risk and prediction analysis. Passive integrated transponder (PIT) technology provides a method to collect debris transport data within the urban environment. In this study, the tags are installed within small woody debris and released at known locations into a small urban natural watercourse enabling monitoring of movement and travel time. SWD velocity and detention are collated with solute time of travel, watercourse and point flow characteristics to identify the relationships between these key variables. The work presented tests three hypotheses: firstly, that the potential for unobstructed or un-detained SWD movement increases with flow velocity and water level. Secondly, that SWD travel distance, and the resistance forces along this travel path, influence SWD transport potential. Thirdly, the relationship between SWD and channel dimensions is examined with the aim of advancing representative debris transport prediction modelling.     

汶川地震灾区帽壳子滑坡形成泥石流的过程和特征

实地调查了汶川地震灾区北川县帽壳子滑坡转化为坡面泥石流和沟道泥石流的基本特征和形成过程,并利用能量守恒原理和Takahashi泥石流运动模型对其运动特征进行了分析。结果表明：对于强震诱发的滑坡,其层间碎块石土体强度低,滑坡体内部裂隙发育,在强降雨作用下容易转化为泥石流;滑坡转化为坡面泥石流的过程为岩土体沿基岩面下滑→撞击→强碎屑化→流动→快速停积;滑坡转化为沟道泥石流的过程为滑坡体崩滑→弱碎屑化→水流掺混→掏蚀沟道→流动堆积;滑坡转化为坡面泥石流后,起始速度较快,但没有沟道限制和水力作用,因此运动阻力较大,冲出距离远小于沟道泥石流;利用Takahashi泥石流运动模型计算得到的沟道泥石流冲出距离与实际观察值比较吻合。     

Calculation of the debris flow concentration based on clay content

The debris flow clay content has very tremendous influence on itsconcentration (γ_c). It is reported that the concentration can be calculated by applying the relative polynomial based on the clay content. Here one polynomial model and onelogarithm model to calculate the concentration based on the clay content for both theordinary debris flow and viscous debris flow are obtained. The result derives from thestatistics and analysis of the relationship between the debris flow concentrations and clay content in 45 debris flow sites located in the southwest of China. The models can beapplied for the concentration calculation to those debris flows that are impossible toobserve. The models are available to calculate the debris flow concentration, theprinciples of which are in the clay content affecting on the debris flow formation,movement and suspending particle diameter. The mechanism of the relationship of theclay content and concentration is clear and reliable. The debris flow is usually ofmicro-viscous when the clay content is low (<3%), by analyzing the developing tendencyon the basics of the relationship between the clay content and debris flow concentration.Indeed, the less the clay content, the less the concentration for most debris flows. Thedebris flow tends to become the water rock flow or the hyperconcentrated flow with theclay content decrease. Through statistics it is apt to transform the soil into the viscousdebris flow when the clay content of ranges is in 3%-18%. Its concentration increaseswith the increasing of the clay content when the clay content is between 5% and 10%. Butthe value decreases with the increasing of the clay content when the clay content isbetween 10% and 18%. It is apt to transform the soil into the mudflow, when the claycontent exceeds 18%. The concentration of the mudflow usually decreases with theincrease of the clay content, and this developing tendency reverses to that of themicro-viscous debris flow. There is maximum mean concentration for the debris flowwhen the clay content ranges are between 7% and 11 %. Especially, for the viscousdebris flow, the logarithm formula here is suitable to the concentration calculation with theclay content between 3% and 18%. The maximum concentration calculated by thisformula reaches 2.32 t/m~3, which matches that tested in practice.     

砾粒质量分数对泥石流启动影响的试验研究

泥石流形成过程复杂,所以泥石流启动受很多因素的影响.太行山区泥石流中砾粒质量分数较高,即以太行山区泥石流为原型,在室内进行人工模拟泥石流的试验,分析在坡度一定的情况下,土体中砾粒质量分数对泥石流启动的影响.通过筛分,配成5组不同砾粒质量分数的土体(分别为65%,70%,75%,80%,85%),对不同砾粒质量分数土体的启动流量进行分析.试验结果表明:砾粒质量分数高的土体启动流量大;砾粒质量分数不同,泥石流暴发形式也不同;砾粒质量分数为65%,70%的土体,伴随着表面出水,土体整体突然垮塌形成泥石流;砾粒质量分数为75%,80%和85%的土体,在整体垮塌前,总是伴有局部的塌陷和表面径流.研究结果可为太行山区泥石流的防治提供理论依据.