木制堰堤的特征与设计

在欧美80年代已采用木制堰堤，在日本1939年也有采用木制堰堤的记录。但木材作为堰堤村科，存在耐久性短的问题，而采用防腐处理，需注意水污染。现已开发出不存在水污染且有防腐作用的防届剂，使木材作为堰堤材料成为可能。一般认为，以木材为原料较混凝土、钢材在景观保全、环境保护以及施工性等方面具有优越性，只要选择适宜使用木材的地点、场合，作木制堰堤是可行的。对于木制堰堤的设计，基本与（日本）“钢制砂防结构设计手册”中框架结构不透水型坝设计相同。研究证明，采用普通原木可以设计出与混凝土或钢材具有同样安全性的堰提。     

钢制格栅坝拦截泥石流效果试验研究

为拦截泥石流,世界各地设计并实施了多种坝型。在日本,多采用透过型格栅坝来防治泥石流危害。2005年日本学者中村?等人开始研制混合类加前扶垛型钢制开放式格栅坝。其结构做了调整,在原独立单体的基础上,增设横栏、加密立柱,构成桁架式格栅坝,研究其对泥石流的拦截效果。试验结果表明:在格栅坝上游侧有巨砾石堆积,在格栅坝内部没有堵塞。如果横栏的间隔是d95×1.0以下,与开口间隔没有关系,堵塞率在95%以上。对于不同类型的泥石流,如果横栏间隔在b2/d95=1.0,最下层横栏的间隔(b1/d95=1.0,1.25,1.5)没有关系。开口在b3/d95=1.5得到相同的泥石流拦截率。横栏间隔为b2/d95=1.0的格栅坝上层部分,没有堵塞,泥沙的拦截率急剧减少。辅助纵筋配置要求,可采用较细线材,纵筋的间隔必须紧密,才能对泥石流有拦截率。在泥石流多发地区,设置格栅坝,辅助纵筋的间隔设置为b1/d80=0.5,1.0,对泥沙拦截十分有效。     

钢制格栅坝的性能设计

钢制格栅坝原作为港湾设置工程 ,1995年由美国引入日本并应用在水土保持防治泥石流工程上。作为一种水土保持坝型 ,因以前未进行过稳定性试验 ,有必要研究其性能。此类透水型格栅坝应具备拦截泥石流性能 ,中小型洪水时能向下游输移泥沙 ,并具有粒径调节作用 ;在构造上应稳定性好、抗剪性强 ;在管理上易于除石。设计方法采用水力模型检验、稳定性能校核、抗冲击性能校核。     

改善铁丝网坝拦截泥沙效果的商榷

泥石流是当前世界性灾害。防治泥石流的坝型多种多样。2002年8月日本首次利用铁丝网拦截泥石流,2003~2004年曾经历3次泥石流的考验。日本学者守山浩史等人就铁丝网拦截泥石流的作用与效果作了充分的调查研究,并针对铁丝网坝拦截泥石流后所表现出的弱点提出改进方案。其结论:当铁丝网坝处于未接受泥石流冲击的空负荷状态时,可以轻松地拦截泥石流,即使受点损伤,也影响不到网坝的防御机能。对处于具有张力条件下的铁丝网坝,再加上不能除掉的巨砾连续作用,当再次拦截泥石流时,将会对铁丝网坝造成损坏。当坝体拦截泥石流后,及时地清除所有淤积物和巨大砾石是非常关键的一个环节。为了安全地清除拦截的巨石,在铁丝网坝环形网的上部安装一个卸口接头是改进该项工程的当务之急。     

日本有关透过型坝拦截泥石流的调查分析

对日本长野县姬川水系松川上游的唐松泽设置的钢制透过型砂防坝南股 4 坝 ,拦截石砾型泥石流及坝体材料受损情况进行调查与分析。其结果 :钢制透过坝拦截含大量巨石的泥石流龙头部及后续流泥沙 ,并向坝内侧上方堆积 ,当坝内快速地积满了泥沙之后 ,泥石流后续流带着巨石越过坝顶而落下 ,巨石撞击坝的横梁和水平梁 ,使这部分材料受损。其原因 :巨石从坝顶落下时具有向下游一侧水平方向的速度和巨石容易撞击钢管。因此 ,在坝体容易受泥石流撞击的地方 ,应将水平面上的副梁和水平梁尽量拆除 ,并设法在该处不让巨石落下。针对泥石流对坝的缝隙部位可能有扭曲作用 ,建议对其坝体材料的安全性进行三维的研究。     

泥石流特性模拟方法与研究

对于泥石流特性的研究,2005年日本学者中谷洋明等人针对泥石流存在明显不同流动的现象,从流速和弯曲部位两方面入手,通过仿真模型演示泥石流在陡坡面上及弯曲部的流动特性,在此基础上采用解析法对模型的适用性进行评价。其结果表明:流速随时间变化有共同增大的趋势;弯曲部左、右岸水位落差为25 m,有显著偏流的结果。泥石流发生36 s后,对建筑物(堰坝)产生冲击,距洪峰(160 kN/m)到达时间只有1 s。正面龙头部分瞬间的冲击力很大。且在泥石流龙头部分集中大的砾石,其冲击力导致建筑物破损。计算的结果表明,最下游的堰坝及下游侧流出的沙石量与上游流入量对应成比例。并且,有堰坝其流速、偏流的高度,比无堰坝要小得多,流出的泥沙量也有减半的效果。今后,要在模型与粒径、粒度分布等的灵感度进行分析。并要考虑建立综合性的解析模型,以提高计算能力。     

利用铁丝网坝防治泥石流

防治泥石流的坝型有多种,各具特色。2002年8月日本学者今井一之等人研制出铁丝网坝,对泥石流进行拦截。其结论是:铁丝网坝从第一次拦截泥石流开始,到上层泥沙覆盖为止,能有效地拦截泥石流龙头砾石群,构成透过石笼堤的最低形成条件。在绳结局部残存变形的条件下,其结构面仍有拦截作用。复原时去除切断的绳结,剩余所有构件再次使用时,迅速对应的挂起来。清除砾石时,操作安全,而且作业迅速。存在问题是:后续泥石流对左右两岸河床仍有冲刷作用;主索的回转角度偏大,向下游移动过大;再次使用的构件耐久性不明确等。当我国引用其方法时,应对存在问题采取适当的对策方案,对铁丝网坝进行改进,达到最佳使用的目标。     

浮木拦截工程的拦截性能试验研究

风倒木又多伴泥石流而流出,多因建筑物拦截而雍高水位,造成洪泛水灾。在日本控制浮木灾害的规范规定拦截工程间隔B与最大浮木长度的比Lmax<1/2。2010年日本学者谷一等人通过模拟试验研究浮木长度及拦截工程间隔的变化,对拦截浮木性能的影响。其结论是:在B/Lmax同等条件下,浮木长度变短拦截率降低。不同浮木长度混在一起,拦截率降低。浮木拦截率取决于浮木长度、直径,拦截工程间隔、高度,流量等。有关拦截率推测公式,虽然与试验结果具有一致性,但其适用性研究不充分,有待于在今后工作,进一步深入研究。     

透水型防沙坝拦截裹挟树木泥石流的性能

在泥石流易发区的小流域沟壑治理中,设计修建透水型防沙坝,快速形成堵截的功能。而拦截功能,主要取决于透水断面建材的净间距(L)和泥石流中石砾的最大粒径(dmax)之比,建议设计参数取1.0≤L/dmax≤1.5。在发生泥石流时,当大量的树木常裹挟于泥石流中,难以忽略流动树木对拦截功能的影响。2009年日本学者进行了透水型防沙坝拦截裹挟树木的泥石流试验。其研究结论是:泥石流拦截率的提高,与LV/dmax密切相关。木材堆积率在10%以下,拦截率表现离散。伴随LV/dmax的增大,其离散度有变大的趋势,木材堆积率的拦截率影响变大。此项研究对于我国研究防御同类泥石流,具有借鉴作用。     

发生泥石流时缝隙坝的拦沙机理

通过试验和实地考察,证实了钢管透水型防沙坝具有拦截泥沙作用.同时,通过试验模型、实地调查也进行了缝隙坝对冲刷泥沙调节效果的研究.但混凝土缝隙坝对泥石流拦截作用尚未做过系统的调查研究.缝隙坝发挥拦截泥沙作用主要取决于坝堤回水是否导致泥石流前端不能到达坝址处就停止,而在退水期,堆积在坝堤近旁的细粒泥沙流出后,总体上不能拦截泥石流等问题.这将是决定能否在有泥石流危险的溪流处设置缝隙坝的首要问题.因此,设想在泥石流危险河段中间、出口、泥石流冲积扇上端改变行洪坡度来观察缝隙坝对泥石流、泥沙流、冲刷流的泥沙拦截作用.     

日本卷帘式闸门缝隙坝防治泥石流简介

泥石流是一项不可抗拒的自然灾害.防治泥石流的硬措施主要采取减压、疏导、拦截等.我国在防治泥石流方面,虽然有诸多成功的技术措施,但在疏导措施方面缺乏缝隙坝类型,在缝隙坝类型中,采用闸门控制更为少见.2004年日本京都大学水山高久先生研究了类同于卷帘式闸门的塘坝,在控制泥石流方面,发挥了良好的效果,此项研究,对于我国研究泥石流控制工程的设计,将起到某种借鉴作用.     

木质谷坊坝

在水土保持工程上,世界各国针对全球变暖的环境问题逐步利用循环型资源、削减CO2效果好的木材建起了既有利于景观又维护良好的生态系统的建筑物。2010年日本学者高奥信报道京都府木质谷坊坝。20世纪30年代日本在青森县建有扁柏木制堰堤,1955年在秋田县建有柳杉木制堰堤。2004年、2009年进行的现场调查,虽整体腐朽加剧,但水保作用尚存。坝上游的堆沙区生长着直径超过30 cm大径树木,溪床稳定。木制建筑物能有50 a的耐久性。1座木坝的CO2排放量同比为混凝土坝的47%。     

关于上部狭窄式格栅坝的研究

在泥石流易发区,设置格栅坝,以期达到阻止泥石流的流动或起到消能的作用。以往的实践证明,同规格格栅坝拦截泥石流效果不十分理想。因此,在试验的基础上,研究了泥石流粒径、质量分数变化的特点,通过同规格及上部窄格模型坝拦截泥石流的模拟过流试验,分析7种格栅尺寸的坝型拦截泥石流的效果,得出如下结论：同规格及上部窄格格栅坝均能有效地拦截泥石流的龙头;泥砂量减少率随着上部的Linin／d95值的增大而减小,当Lmin/d95＜1．6时,减少率达到80％以上;且随着下部格栅间隔的增大而减小。因此,在具体设计时,应采用上部窄格的格栅坝型,下部格栅尺寸在考虑Lmin/d95的基础上,同时还应考虑Lmax／d95的比值。     

铁丝网坝的性能设计

铁丝网坝是为防治泥石流而设计的渗透型水土保持设施。1975年在日本上上掘泽进行了试验研究,其作用是减少泥石流的流动。但1976年发生的石砾型泥石流,使原网坝中部的4条吊索断裂。分析存在的问题:吊索荷载过于集中,向吊索的下游方向移动不顺畅,造成吊索的磨损。2003年改良设计,重点加强了对荷载集中吊索的研究,充分考虑了吊索向下游方向位移,研究了除石以及复位作业的施工性。据2010年日本相关部门统计,按新方法设计的铁丝网坝,至此已捕捉数次泥石流。在性能方面主要体现在:1)通过减少河床作业保证施工安全;2)能充分考虑自然环境;3)能确实捕捉泥石流。     

槽型鱼道

<正>防砂堤和河床加固工程等产生水头的鱼道形式设计为分级式和斜坡式两种,在日本多采用分级式.鱼道的位置多设置在产生跌水处断面的中心、其左右两岸的任     

日本对泥石流泛滥模拟的研究

研究、掌握泥石流流动、沉积、泛滥的危险区域 ,利于制定警戒避难体制、防灾对策、土地利用的方案。泥石流二维泛滥模拟方法虽有许多 ,但大多数未做过充分细致的模拟研究。日本九州大学平野宗夫等人采用日本云仙、水无川的水位、流速及流出泥沙量的实测资料 ,由雨量图计算出泥石流水位图 ,将其作为上游的边界条件 ,采用前述挟沙量关系式进行模拟云仙、水无川的泥石流泛滥 ,并与实际沉积度比较后加以检验 ,研究了以往挟沙量关系式的现场适用性。模拟结果与实际状况比较后确认再现性良好。在阿苏古惠川也获得了同样的结果。     

日本泥石流形态观测

滑川北股泽为日本泥石流易发区。1982～2004年共有11次的观测记录,其中7次获得了泥石流VTR图像,观测器械设在第1#塘坝～上游塘坝群的泥石流流下堆积区间。通过监控摄像可以获得泥石流的水文图及流出塘坝堆沙区域的泥石流的图像。并求得泥石流的流量、流速、波高、土沙生产量、土沙堆积量、土沙流出量。通过分析可认为:由于过去的长期存在不稳定的土沙堆积在山坡、溪床内,成为泥石流发生的间接原因;近期的超强降雨是诱发泥石流的直接原因。其堆积机制:因水保工程曾拦截数次泥石流,伴随堆沙区域的地形变化,原河床的坡度变化点成为主要边界,后续泥石流开始逆向堆积。     

日本应用实测洪水径流资料模拟泥石流运动过程

研究泥石流运动规律 ,模拟泥石流运动过程 ,利于掌握其沉积、泛滥的危险区域 ,制定防灾对策。日本学者原田民司郎等人 ,采用实测泥石流资料 ,应用泥石流输沙模型及其运动方程、连续方程式 ,再现了日本水无川 1992年8月泥石流的运动过程。经比较 ,实测值与计算值大体一致。对其他泥石流模拟 ,再现性良好 ,采用泥石流输沙模型 ,实测降雨量 ,实测泥石流水位、流速 ,便可模拟泥石流运动过程     

沣河综合治理与橡胶坝工程效益研究

针对沣河咸阳段存在河堤标准低,质量差,险段多,局部段堤距较窄,堤身单薄且未砌护,堤线布置不合理等问题。提出了沣河综合治理工程和新型橡胶坝引水防沙工程的基本模式,解决了以往洪水泛滥,河床滩面裸露,两岸杂草丛生,河堤内乱倒垃圾,水体污染严重的难题。研究结果表明沣河上橡胶坝的修建将产生明显的经济、环境和社会效益。     

不同条件下泥石流堰塞坝的溃决过程

[目的]对不同因素作用下的泥石流堰塞坝溃决过程进行试验研究,为泥石流堰塞坝的灾害防治和灾后重建等提供科学支撑。[方法]开展了不同来水流量、坝体形态、黏粒含量、坝高和初始含水量条件下的溃决试验。将漫顶溃决过程分为4个阶段:坡面侵蚀过程、陡坎侵蚀过程、下切和侧向侵蚀过程和衰退过程。此外,分析了泥石流堰塞坝坝体破坏机理,并给出下游坡面泥沙起动临界条件的计算式。[结果]溃决流量与来水流量之间呈非线性正相关;溃决洪峰流量随着背水坡坡度增加而增加;溃决洪峰流量随着坝高的增加而迅速增加,泥石流堰塞坝坝体黏粒含量与溃决洪峰流量之间整体呈现负相关;溃决洪峰流量随着土体初始含水量的增加而缓慢降低,但变化的范围不大。[结论]在泥石流堰塞坝溃决的不同因素中,坝高和黏粒含量影响最大,来水流量次之,背水坡度和初始含水量影响最小。