考虑人体与水流相互作用的溃坝洪水生命损失评估模型

溃坝洪水会给下游人民群众造成巨大的生命损失,开展溃坝洪水造成的生命损失风险定量评估对应急抢险救灾具有重要的现实意义。本文在已有生命损失贝叶斯网络HURAM1.0模型基础上,引入了人体稳定性物理模型,考虑人体与水流相互作用关系,对处于洪水中的人先进行稳定性判定,并进行溺水判定,运用蒙特卡洛模拟方法,综合了水深和水流速对生命损失的影响,建立HURAM2.0模型;并将该模型应用于唐家山堰塞坝溃坝洪水生命损失分析。结果表明:HURAM2.0模型建立了水流流速对生命损失影响的定量关系,更精确地刻画了人体在水流中的稳定性和求生能力,相比HURAM1.0模型对较强洪水强度条件下的生命损失预测结果更准确。同时,在本文建立的模型中,除水深度、洪水严重程度变化不大,其余变量的敏感性均有所上升,其中居民区住宅层数、在建筑物中庇护情况和溃坝时长等变量对模型计算结果的最大影响程度分别增加142%、95%和93%,加强了模型在低、中、高3类洪水强度下的解释性,与HURAM1.0相比在贝叶斯反演分析中更占优势。在唐家山堰塞坝溃坝风险分析中,HURAM2.0能区分出不同水流速条件下的生命损失,更符合实际情况,即开挖泄流槽前风险大、死亡率高,在现场勘测和开挖泄流槽后风险及死亡人数大大降低,建议结合预警疏散以降低生命损失风险。

堰塞坝溃决参数及其寿命预测

堰塞坝溃决洪水对下游影响区域的人民生命财产、基础设施以及生态环境构成严重威胁,提高堰塞坝溃决参数及其寿命预测的准确度是应急处置的迫切需求。本文对全球1957组堰塞坝案例分别进行地理、统计学分析,在得到溃决参数主要影响因素的基础上,选取数据库中拥有完整信息的48组案例,利用非线性回归方法分别建立了洪峰流量、破坏深度、溃口顶宽、溃口底宽和溃决时长的预测模型,其均具有较高的拟合程度。之后分析了堰塞坝溃决参数的敏感性,结果显示坝高对溃决过程有显著影响。此外,基于19组寿命信息充分的案例,使用不同自变量和算法分别建立了蓄水阶段持续时间、溢流阶段持续时间的预测模型,并采用加权融合法提出了相应的融合模型。该成果可为量化评估堰塞坝溃决过程参数和寿命预测提供参考。

深埋高温硐室围岩开挖损伤规律研究

深部工程的高地应力与高地温问题将对地下资源开采和空间利用构成严峻挑战。通过建立深埋高温硐室爆破–卸荷–降温全过程的数值模型,并嵌入率相关岩石本构关系反映钻爆开挖和通风降温过程中的岩体动静态力学响应,分析了不同地应力条件下围岩开挖损伤的时空演化规律。计算结果表明:围岩在动态开挖过程中会由于爆破、卸荷或两者的共同作用产生初始动力损伤,而硐室通风冷却过程所诱发的热应力将在保留岩体中造成额外的热力损伤。在静水应力条件下,围岩动力损伤随地应力量级的提高表现出先减弱后增强的演化趋势,降温损伤则随地应力的上升而单调增大。在非静水应力条件下,硐室拱顶和拱腰附近岩体的动力损伤将随侧压力系数的增大而分别表现出先减小后增大和单调增大的演化趋势;在通风冷却阶段,应力水平较低的拱腰附近未产生显著的热力损伤,而拱顶围岩的热力损伤则随侧压力系数的提升而逐渐增强。

不同粒组含量下堰塞坝溃决过程的试验研究

【目的】堰塞坝结构松散、颗粒级配范围宽,易发生漫顶溃决,严重威胁上下游人民的生命财产安全。为进一步探究相同粒径范围内不同粒组含量条件下堰塞坝的溃决过程,【方法】以“11.3”金沙江白格堰塞坝为参考原型,开展了溃决模型水槽试验。【结果】结果显示,堰塞坝的溃决过程可以划分为渗流与过流、溯源侵蚀、溃口发展及衰减平衡四个阶段。溃口流速与溃决流量均呈现先增大后减小的过程,但峰值流量滞后于峰值流速。另外,溃决水流冲击力在溃口发展阶段持续增大,在衰减平衡阶段开始下降,而水流重度在溃口发展阶段表现出一定范围内的波动。随着中值粒径的增大,溃决流量峰值减小、峰现时间延迟、溃决水流冲击力峰值减小,下游泥沙淤积区长度变短、厚度变大。【结论】研究结果进一步揭示了相同粒径范围内的不同粒组含量对堰塞坝稳定性、溃决过程和溃决参数的影响,可为堰塞坝灾害的风险评估和应急处置提供参考。

新华滑坡变形演化规律与预警判据

为揭示四川省泸定县新华滑坡在水库蓄水、库水位波动以及季节性降雨综合作用下的变形演化规律,探讨其在多因素耦合作用下滑坡岩土体强度劣化的渐进累积效应。基于对水电工程库区新华滑坡的现场调查及多源长序列监测数据分析,并结合滑坡累计位移-时间(S-t)曲线3阶段演化特征与新华滑坡实测S-t曲线,对该滑坡3个阶跃性变形周期的演化阶段进行了判识与划分,同时采用改进的切线角方法进行了计算与分析,构建了以改进切线角预警阈值为依据的新华滑坡分级预警定量划分标准。研究结果表明,水库蓄水初期水位的短期大幅度上升、水库运行期的水位快速下降及季节性强降雨影响是新华滑坡变形加速的主要诱因。根据分析与探讨,改进切线角预警阈值能在一定程度上为辨别新华滑坡现阶段的稳定状态与潜在风险提供指导,但仍应考虑多重预警指标并综合滑坡体宏观变形破坏迹象进行判定。

基于时序InSAR的理县清流村滑坡二维变形特征与影响因素研究

【目的】滑坡灾害在中国西南山区频发,大量的滑坡灾害对区域内居民的生产生活造成了严重影响,因此,对滑坡灾害进行长时间序列监测以探究其变形特征十分必要。【方法】以2020年四川省理县清流村H01和H02滑坡事件为例,基于SBAS-InSAR方法反演了滑坡失稳前后的地表运动过程,联合上升和下降轨道数据并基于二维分解模型获取了滑坡的二维形变特征。【结果】结果显示,H01滑坡和H02滑坡的水平方向(E-W)最大变形速率分别为-43 mm/a和-9 mm/a,垂直方向(U-D)最大变形速率分别为-76 mm/a和-34 mm/a。【结论】结果表明,清流村滑坡在早期失稳之后一直处于不稳定状态,并且还有进一步失稳的趋势。为了进一步研究清流村滑坡的空间变形特征,还探究了降雨和重力作用对于H01滑坡和H02滑坡的影响。研究成果为山区小型滑坡的InSAR形变结果分析提供参考,并且可为清流村滑坡后续的风险管理提供支撑。

水库滑坡涌浪演进与最大爬高影响规律试验研究

为了研究水库滑坡涌浪造成的灾害程度,考虑以高山峡谷岩质滑坡涌浪沿河道上下游传播及其与挡水建筑物撞击形成爬高的影响,建立水槽物理试验模型,研究滑坡体下滑高度、滑坡体体积、涌浪传播距离等不同工况下的滑坡涌浪爬高规律,提出滑坡涌浪沿着河道向下游传播时与垂直挡水建筑物撞击形成的最大爬高估算公式,并对滑坡体体积、下滑高度、涌浪传播距离进行无量纲处理和敏感性分析。结果表明:滑坡体入水弗劳德数对涌浪爬高的影响最为显著,其次为涌浪相对传播距离、滑坡体形状系数、滑坡体相对体积。在试验的基础上,提出了有关滑坡体入水弗劳德数、涌浪相对传播距离、滑坡体形状系数的涌浪最大爬高公式,可为高山峡谷地区岩质滑坡涌浪的爬高估算提供依据。

水库滑坡灾害致灾机理及防控技术研究与展望

随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行,水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患,提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体,其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条件特性相关,更取决于诱发因素如降雨、库水位变动等动态作用的影响,从开始孕育变形到最终失稳破坏一般需经历较长的历时,是一个不断累积发展的过程,不仅涉及降雨入渗与库水影响的时空叠加作用,更涉及多因素耦合下的渐进破坏机制,其致灾机理与防控难度极高。本文结合大量现场调查、室内外试验和数值模拟,总结了库区地质、水文等条件对于滑坡易感性及空间分布的影响规律,揭示了强降雨、库水位变动及多因素叠加作用下水库滑坡的累积灾变失稳机理;建立了离散元模型与流体力学模型(DEM–SPH)耦合的滑坡–涌浪模拟技术,能够较好地揭示高速滑坡体入河与水流的强碰撞及涌浪的非线性传播过程,可为滑坡致灾影响范围及应急避险方案制定提供科学依据;构建了无人机–3维激光扫描空地数据融合的大范围水库滑坡3维变形演化监测技术,并归纳总结了水库滑坡的综合治理技术。此外,针对多因素驱动下水库滑坡复杂致灾机理及防控技术方面的研究不足和局限性,展望了水库滑坡在灾变累积失稳与稳定评价、多源融合监测与智能预警、滑坡–涌浪流固耦合模拟与致灾影响评估、生态措施–支护结构联合治理技术方面的未来发展方向,期望为水库滑坡灾害防控减灾研究提供借鉴。

金龙山Ⅱ区滑坡变形特征及稳定性分析

二滩库区正式蓄水以来,库区水位逐渐抬升,金龙山古滑坡体Ⅱ区在水位扰动下蠕滑变形加剧,严重威胁了二滩水电站安全稳定运行及附近居民安全。为明确金龙山Ⅱ区滑坡的变形演化特征、成因及稳定性情况,本文基于1992~2024年的地表位移监测资料对滑坡蓄水前、后的变形演化特征进行分析,利用皮尔逊分析方法研究滑坡变形主控因素,通过有限差分数值模拟方法计算不同水位下的滑坡变形及稳定性。结果发现:滑坡在库区蓄水前已在发生缓慢变形,而库水位上升则加剧了坡体的蠕滑,使变形速度加快;库区蓄水与滑坡形变呈现一定正相关性,为形变主控因素,降雨只产生轻微作用,不会影响整体形变速率;滑坡变形只集中在浅表层区域,整体呈现稳定状态,且稳定性系数随着库水位上升有增大趋势,计算得出金龙山Ⅱ区滑坡在1200 m正常蓄水位下的稳定性系数为1.457。

以思政育人为引领的经管类专业统计学金课建设研究

金课建设是落实思政育人的有效途径,通过思政育人引领金课建设,可以实现育人和育才相统一。基于思政育人引领统计学金课建设的要求,构建了以“价值塑造目标为引领,知识传授目标为基础,能力培养目标为重点”的“三位一体”统计学金课目标体系,并提出了具体的建设措施:巧妙融入思政元素,拓展教学内容的广度和深度;创新教学模式,实现育人和育才相统一;增加思政考核元素,加强课程过程性考核;师生共同参与,建设富含思政内涵的教学资源库。

基于物理模拟的堰塞湖溢流溃决机理

受持续来流影响,在大江大河内形成的堰塞湖极易在数十天甚至数天内漫顶溢流溃决,引发非常态溃决洪水,严重威胁下游沿岸地区人民群众生命财产安全。堰塞湖溃口坍塌变形发展迅速、现场观测难度大,当前普遍难以实地观测堰塞湖溃口形态变化及水力学参数,至今未能获取溃口坍塌发展的真实数据。针对堰塞湖溃决洪水威胁及溃决机理不明等难题,基于堰塞湖溃决过程现场观察及历史堰塞湖溃决案例分析,阐明堰塞体体型、材料级配、库容及上游来水量是决定堰塞体危险性的关键。并以“11·3”白格堰塞湖为原型,分别开展了堰塞湖溃决1∶80室内和1∶20野外物理模型试验,揭示堰塞体溃口发展遵循“流速驱动、流量控制”,以获得较大流速为目标的自我演化机制;溃口坍塌发展的主要动力机制是携沙水流剪切冲刷、陡坎上游负压区涡流掏刷、陡坎下游高速水流冲刷、边坡重力坍塌;堰塞体溃决坍塌依次呈现尾部下切、陡坎溯源、全断面下切、上冲下淤4个发展阶段变化特征,溃口平面形态相应依次呈现线条型、倒喇叭型、双曲面型、近似等宽型4个变化特征。陡坎溯源是溃决前最高效的冲刷方式,也是判断堰塞体漫顶过流后是否溃决的重要标志。开展堰塞湖溢流溃决大型物理模拟试验有助于推动高危堰塞湖应急疏通排水设计和堰塞体坍塌控溃技术发展,为堰塞湖应急处置提供参考。

机制砂中石粉对混凝土物理力学性能的宏细观影响机制

石粉作为机制砂生产过程中的副产品,是机制砂区别于天然砂的主要特征之一。本文在结合现有规范的基础上,提出将机制砂中石粉含量纳入胶凝体系的配合比设计,系统开展了两种岩性(石灰岩、花岗岩)石粉及其在不同含量条件下的室内混凝土物理力学性能试验,并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)等测试手段深入分析石粉对混凝土的微观作用机理。试验结果表明:在按照试验设计的混凝土配合比,随着机制砂中石粉含量的增加,混凝土的抗压强度、劈裂强度均呈先增大后减小的趋势。微观机理分析表明,机制砂中的石粉大多是惰性的,仅微量石灰岩石粉存在有限的化学活性,促进早期水泥水合作用,进而加快混凝土早期强度的发展。综上,机制砂中的石粉在混凝土中主要发挥物理填充作用,其含量保持在16%~19%时,能发挥良好的微集料填充效应而提升混凝土力学性能;超过该范围则导致稀释效应而降低混凝土力学性能。在石粉含量相同的情况下,花岗岩石粉组混凝土试样的整体微观结构相较于石灰岩石粉组更为致密,从而导致花岗岩石粉组的混凝土宏观力学性能强于石灰岩石粉组。相比于同类研究,本文获得的最优石粉含量处于较高范围,可为高石粉含量的机制砂混凝土的配合比设计及机制砂石骨料制作过程中的石粉含量控制提供参考依据。

脆性岩石单轴循环加卸载试验及断裂损伤力学特性研究

以向家坝砂岩单轴循环加卸载室内力学试验结果为基础,结合岩石内部微裂纹的细观力学分析,对脆性岩石单轴循环加卸载的应力-应变曲线特征、峰值强度及断裂损伤力学特性等进行研究。给出一种根据应力-应变曲线计算损伤变量的方法,损伤变量计算结果和声发射测试数据变化规律较为一致。试验结果表明,砂岩的循环加卸载强度要比单轴压缩强度要小很多,对于脆性岩石单轴循环加卸载的峰值强度来说,受到多种因素的影响。弹性常数计算结果表明,循环加卸载过程中泊松比逐渐增大,而弹性模量在第一次循环加卸载增大之后则缓慢减小。脆性岩石循环加卸载过程中,岩石损伤在逐渐累积,在微裂纹进入不稳定扩展阶段,岩石损伤会迅速增大,岩石宏观力学特性取决于内部微裂纹的细观力学响应。

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。

岩石应变软化模型在深埋隧洞数值分析中的应用

随着地下洞室的大量兴建,且埋深越来越深,深埋地下洞室的开挖稳定性问题显得非常重要。针对深埋隧洞围岩特殊的力学特性表现,采用应变软化模型进行数值分析更为合适。首先,对深埋隧洞围岩力学特性和岩石应变软化模型进行简单分析,并且通过数值加载试验分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算得到岩石应力–应变关系之间的区别。然后,对简单圆形深埋隧洞进行数值分析,对比分析了Mohr-Coulomb弹塑性模型和应变软化模型计算结果之间的差别,分析主要针对围岩的变形、塑性区和安全系数。最后,采用应变软化模型对两家人水电站深埋地下洞室群进行计算分析,对该地下洞室群的开挖稳定性进行评价。计算结果表明,调压室主室两侧边墙和各洞室连接处的变形较大,较其他地方更危险,需要加强对调压室主室边墙和各洞室连接处的支护强度。

水动力型滑坡形成运动机理与防控减灾技术

水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害。西南地区是水动力型滑坡尤其是库区滑坡的高发区,其失稳破坏直接威胁到人类的生命财产和基础设施的安全,且有可能造成深远的次生灾害,提升水动力型滑坡灾害的监测预警、综合防控与应急处置水平极为迫切。水动力型滑坡易发于松散堆积层、破碎岩体、软岩以及含有软弱夹层的斜坡等地层,地质环境、水文活动以及人类活动干扰等因素的长期作用在水动力型滑坡的孕育过程中起着关键作用。斜坡在各种不利因素的持续交替作用下,逐渐产生变形破坏,稳定性不断降低并趋于极限失稳状态,最终在短期水文条件的改变下而导致整体失稳破坏。斜坡失稳后的滑坡动力过程非常复杂,尤其是特大型高位滑坡,在运动过程中可能会产生强烈的冲击破碎和沿程侵蚀铲刮现象,导致滑坡运动性态的改变和堆积方量的增大,水的存在会加剧滑坡沿程侵蚀铲刮作用以及导致运动性态向流态化转变而造成更远的运动距离和更广的致灾范围。水动力型滑坡是一个复杂的系统性问题,不同地质结构和水动力条件的滑坡变形破坏过程存在很大差异,远距离非接触式滑坡早期识别与监测技术以及基于人工智能和大数据且具备自主学习的滑坡预报预警方法是未来重要发展方向。水动力型滑坡防治涉及到工程建设、经济民生、社会等多方面因素,需要综合运用工程措施和非工程措施。在未来水利水电工程建设过程中,应重视库区滑坡的危害性,复建设施的修建应尽可能远离库区滑坡影响区。

冰岩碎屑流崩滑地震动信号测试与分析

随着西部大开发的战略部署及全球气温的持续升高,冰-岩碎屑流滑坡因其超强的运动性和破坏力而引起了业内学者的广泛关注。通过开展大型斜槽试验来模拟高寒山区特有的冰-岩碎屑流崩滑,利用现场布设的高精度传感器获取冰-岩碎屑流激发出的地震动信号,并基于Hilbert-Huang变换方法对比分析了5种工况下信号的时频特征,探究了含冰率和冰所处位置两个相关变量与冰-岩碎屑流的冲击力间的相关性。根据分析结果:冰-岩碎屑流中含冰率越大、冰与滑脱面的接触面越大,其激发的地震动信号振幅越大、时间越短、峰值更集中;信号频率主要分布在0.06~45 Hz范围内,以低频振动为主,高频信号集中出现在冰-岩碎屑流与缓坡段及河道两岸发生强烈冲击碰撞时期。

基于地震动信号分析的滑坡堵江过程研究——以白格滑坡堰塞湖为例

为精准识别滑坡堰塞湖灾害过程的动态信息进而重构其致灾过程,以2018年两次白格滑坡堰塞湖为例,基于周围测震台站记录的地震动信号,采用Hilbert-Huang变换方法分析不同频段的地震动信号特征,结合现场调查资料,对白格滑坡和堰塞坝溃决运动特征进行分析,还原了较为完整的滑坡堰塞湖致灾过程。结果表明:第一次白格滑坡发生在10月10日22:05:41,持续112 s,第二次滑坡发生在11月3日17:21:15,持续102 s;两次滑坡激发的地震动信号以低频为主(0.008~0.060 Hz),均先出现低频信号且幅值逐渐增大,随后伴随强烈高频信号的产生并迅速增大到峰值再缓慢降低到噪声水平。两次滑坡的运动过程均分为3个阶段:高位滑坡连续滑落阶段/滑坡启动阶段、滑体破碎解体阶段、散落堆积阶段。两次堰塞坝溃决的过程均可分为4个阶段:过流孕育阶段、侵蚀阶段、溃口加速扩展阶段、水沙再平衡阶段。研究成果可为滑坡堰塞湖灾害链的精准识别和灾后救援工作提供参考,也可为滑坡堰塞湖灾害动力特征参数反演提供基础。

基于破坏准则的岩石压剪断裂判据研究

在分析压剪复合型裂纹尖端应力场的基础上,利用最小J2准则得到压剪裂纹的起裂角。把岩石压剪断裂问题与岩石的破坏准则联系在一起,利用岩土材料中广泛应用的Mohr-Coulumb准则和Drucker-Prager准则分别建立两个岩石压剪断裂判据。计算结果表明,基于强度准则建立的岩石压剪断裂判据比较合理;纯II型裂纹的断裂韧度与纯I型裂纹的断裂韧度的比值与泊松比和内摩擦角的取值有关系(纯II型裂纹的起裂角是某个定值时),而与其他岩石力学参数没有关系。

浅埋岩体隧洞初始地应力场位移反分析方法研究

对于隧洞开挖数值计算问题,能否合理的模拟初始地应力场是技术关键。由于在浅埋岩体隧洞数值计算过程中,初始地应力场控制隧洞围岩变形规律,岩体力学参数控制围岩变形大小。根据初始地应力场的数值计算方法,假设垂直方向的初始地应力为岩体自重,在考虑两个水平方向的初始地应力不相等基础上,提出了以开挖相对位移比例和开挖相对位移增量比例为对象的浅埋隧洞初始地应力场反分析方法,并且通过一简单隧洞反分析实例,说明了该方法简单易行、结果合理,符合工程实际。