基于泥石流危险性的拦挡坝减灾效益评价方法

实现泥石流拦挡坝减灾效益定量评价对于优化工程设计和保护人民生命财产安全具有重要的理论意义和实践意义。采用数值模拟方法获取不同工况下泥石流泥深、流速和范围,建立了基于高危险等级面积和总危险度的2种危险性评价指标体系,提出了拦挡坝减灾效益的定量评价方法,并以锄头沟泥石流为例进行了实证研究。根据拦挡坝减灾效益评价方法可以分析拟建工程和现有工程及其组合的减灾效益,判断其是否达到了减灾目标,并可对比和量化不同工程在减灾方面的重要程度,可为泥石流拦挡坝修建及改良提供依据和参考。单位高度减灾效益能够反映拦挡坝增加单位高度所带来的减灾效果,可应用于泥石流拦挡坝设计、改良和最佳工程组合方案的确定。总危险度与高危险等级面积的减灾效益变化规律一致,说明2种危险性评价方式均可体现拦挡坝组合及其变化的减灾效益。

乌玛高速公路穿沙试验段风况特征及流场分布规律

为探究乌玛高速公路穿沙段风沙活动规律,明晰道路周围风力环境与积沙形成机理,从而为道路提供科学防沙依据,在腾格里沙漠腹地乌玛高速正线附近修建一条长0.5 km的无防护同向试验段公路,通过现场试验量测并辅以计算流体力学(CFD)数值模拟,在分析风动力环境特征的基础上,对路基周围风沙流场结构及积沙规律进行研究。结果表明:(1)道路区段内风向受季节影响较大,年均起沙风速约为6.26 m/s,主导风向WSW方向,占比11.03%,观测期间风速5 m/s以上起沙日数270 d,占全年日数73%,其中风速大于10.8 m/s的强风天气为47 d,占全年日数13.1%。(2)试验区全年沙物质主要由西向东方向输移,春季和夏季输沙环境最强烈,所测风沙流主方向与道路走向呈52°夹角,道路沿线沙害主要发生在西侧。(3)路基周围风速流场内水平速度呈“M”状变化,最大风速集中在沙丘顶部,当沙丘处于道路迎风侧时,风沙流最易在路基与沙丘交界处形成积沙,且沙丘会沿主风向移动掩埋路基;当沙丘处于道路背风侧时,路基背风侧积沙较明显,受多风向影响,路基表面也存在少量积沙,模拟结果与现场观测具有较好的一致性。强劲的风力环境和丰富的沙源是乌玛高速沙害形成的天然条件,防沙工程应着重对沿线西侧设置,增大地表粗糙度控制沙丘流动,进而降低风沙活动对公路危害。

泥石流次声特征分析及流量智能反演方法

次声技术已被广泛应用于泥石流监测预警中,泥石流次声的某些特征可从一定程度上反映泥石流的流量。泥石流流量是评估泥石流规模的重要参数,准确预测泥石流流量对泥石流监测预警具有重要意义。围绕影响泥石流次声特性的关键物理参量,通过定量化配比水槽实验模拟泥石流产生次声的物理过程,采集次声信号并测算流量。通过分析泥石流流量与次声之间的关联,揭示泥石流流量对次声特性的影响规律。经特征提取和特征选择提炼出可表征泥石流流量的次声特征因子并构建特征向量集。通过对比分析k近邻算法(k-nearest neighbor,KNN)、神经网络、随机森林和梯度提升决策树(gradient boosting decision tree,GBDT)算法在流量预测方面的表现性能,构建了具有较高预测准确率的泥石流流量智能反演模型。通过该智能反演模型可实现泥石流流量的有效预测,从而为泥石流次声监测提供更丰富的报警信息。

塔里木盆地西部图木舒克—昆玉沙漠公路沿线风沙环境特征

为了摸清在建图木舒克—昆玉沙漠公路沿线的风沙环境特征,根据沙漠公路沿线风沙要素特征有针对性地进行风沙防护工程实践,采用现场踏勘、结合ERA5风速数据以及卫星影像数据,对图木舒克—昆玉沙漠公路沿线风沙活动规律进行分析。结果表明:公路沿线年平均风速在3.03~3.28 m·s^(-1),年均起沙风速在5.85~6.10 m·s^(-1),年起沙风频率在16.87%~21.41%。起沙风集中处在春、夏季,4—8月是一年中起沙风频率最高的月份,公路沿线以偏东风(NE,ENE,E,ESE)为主,麻扎塔格山以南偏西起沙风频高于以北。沿线年输沙势(DP)在99.77~145.30 VU,属低风能环境,中变率。麻扎塔格山南北两侧沙丘体积、密度差异明显,沿线沙丘移动速率在1.19~3.69 m·a^(-1),为中等移动速度,沙丘移动速率与沙丘垂直投影面积大小存在明显的负相关关系,移动方向范围在171.76°~192.53°,与合成输沙方向(RDD)基本吻合。麻扎塔格山以北防沙体系的设计以东侧为主,以南则要东西兼顾。

山区高速公路不同深度路堑的积雪堆积规律

山区高速公路在风雪气象条件下极易形成较为严重的风吹雪灾害,造成雪阻和断通,其中路堑深度对路面积雪产生重要影响,但现在具有针对性的研究较少。利用大缩尺比(1∶10)的现场模型试验方法,分析了8 m深度全路堑周围的风速和积雪分布规律。使用现场模型试验结果验证数值模型,并进一步研究了不同深度全路堑、迎风半路堑和背风半路堑周围风场以及积雪沉积的形成机理。结果表明:风吹雪作用下,路堑内风速与雪深变化趋势呈负相关;全路堑以及背风半路堑的深度在小于和大于2 m时,路面积雪的主控因素分别为中央分隔带护栏和路堑边坡;迎风半路堑的深度与路面积雪堆积量之间呈正比关系,路堑边坡是影响路面积雪的主导因素,也可采用分离式路基断面形式减少路面的积雪沉积量及雪害的危害程度。研究成果可为风吹雪多发区高速公路路堑的设计和雪害防治提供有益参考。

将淖铁路全季节风沙特征分析

风沙灾害是新疆将淖铁路建设和运行的主要危害,设置12个采沙监测站,基于现场试验,系统性地分析将淖铁路风沙区全季节风沙特征,并提出将淖铁路沿线防沙治沙综合体系。结果表明:将淖铁路沿线积沙随沙源丰富程度增加而增加,并随着高度增加,沙量粒径减小,由不连续级配转变为连续级配;铁路沿线起沙风风速呈U型分布,起沙风方向整体以W、WNW及WSW为主;铁路沿线风沙特征受季节性变化的影响明显;风沙防护设计应尽量不破坏自然地表,进行动态防护,构建“固沙+阻沙”的综合防治体系。

省道434线南门关沟泥石流的发育特征及跨越方案

为了减少南门关沟泥石流对省道434线的影响。研究了省道434线大木杆沟至养蜂场(K56+240~K65+500)段的地质灾害发育特征及跨越方案。以南门关沟泥石流为研究对象,在分析泥石流形成条件的基础上,计算泥石流特征参数。研究结论是研究区域地质灾害极为发育,泥石流灾害尤为突出。得出了较为合理的泥石流特征参数,提出了路线采用1~100 m钢管混凝土系杆拱桥跨越南门关沟泥石流,也给出了减少泥石流灾害影响的措施和建议:桥梁设计尽快采用大跨度、无桥墩的方案,应注意整体生态环境的保护,定期对桥梁检测,对泥石流沟淤积物质定期清除。研究成果有助于减少南门关沟泥石流对省道434线的影响。

冀西北地区高速公路防雪网板数值模拟研究

公路是现代文明的重要标志,也是经济和社会发展的根本需求。确保公路的正常运行是社会发展的基础。冀西北地区特殊的地形特征和气候条件,使得该地区公路极易形成风积雪灾害,造成交通瘫痪,道路封闭,影响居民正常出行,给该地区人民的生活带来了极大的不便。针对冀西北寒冷地区的地形地貌和气候特点,借助Fluent软件,对不同形状、不同孔隙率的防雪网板前后风速流场变化进行数值模拟,得出防雪网板设计的最佳参数,并运用到实际工程中,对改善冀西北地区高速公路风积雪灾害,保障公路正常通行具有重要实际意义。为冀西北地区高速公路风积雪的防治措施提供一个切实可行的方案。通过分析研究得出以下结论:孔隙率为20%和30%的网板防雪效果优于其他孔隙率网板;有折角的蝶形网板在相同孔隙率情况下比平面网板防雪效果好。

八车道高速公路风吹雪积雪分布特征及路堤高度相关性研究

为研究八车道高速公路风吹雪积雪分布特征以及路堤高度对风吹雪的影响。基于室外模型试验方法,研究不同路堤高度下路堤周围速度流场、积雪分布规律和演化过程;基于数值模拟试验方法,对不同路堤高度下周围速度流场变化进行研究,并与室外模型试验速度流场变化结果比较,验证数值模拟结果的准确性;基于路面积雪量和积雪深度评估不同路堤高度抵御灾雪能力。结果表明:当风吹雪运动到路堤时,受到路堤阻碍产生速度分区,分别形成气流减速区、气流加速区、气流高速区、气流涡流回旋区和气流恢复区,路堤背风侧气流减速区面积明显大于路堤迎风侧;在路堤路面处,气流速度先降低后升高且在路堤背风侧路肩达到最大。路堤积雪主要发生在迎风侧,路面上有较多积雪,背风侧积雪较少。路堤周围速度流场特性与路堤高度密切相关,气流流过路堤迎风侧与背风侧周围形成风速减弱区与路堤高度正相关。通过对比3种不同路堤高度路面积雪量,0.3 m高度路堤路面积雪量最大,路面积雪最深,风吹雪环境下最不利。因此,通过设置合理路堤高度,可以改善路堤周边风速流场并减弱风吹雪灾害,从而起到阻雪作用。

塔里木沙漠石油公路风沙危害

为了给沙漠石油公路防沙工程设计和未来公路养护提供科学依据，综合野外观测及风洞模拟实验资料，分析了塔里木沙漠石油公路风沙危害的形成，建立了风沙危害程度的评判模式，从而得出公路沿线的风沙危害具有如下时空分布规律：（１）在时间上，风沙危害主要集中于春、夏季节（４－９月），其中４月份最强；（２）在空间上，愈向沙漠深入，风沙危害愈烈．风沙危害程度指数的理论估算值与风沙现象观测记录相吻合．

塔里木沙漠公路沿线机械防沙体系效益分析

野外实测和室内风洞实验的数据分析表明，塔里木沙漠公路沿线高立式沙障和半隐蔽式沙障发挥了较大的防沙效益，平沙地上高立式沙障的防护距离在１８Ｈ左右。３种高立式沙障防沙效益各不相同，以芦苇栅栏最佳，抗紫外线尼龙网栏次之，白尼龙网栏最差。随设置路段、地貌部位、风沙活动强度不同，各种高立式沙障使用年限有差异。沙漠腹地半隐蔽式沙障的掩埋速度为２．０～１４．４ｍ·ａ－１左右。

化学工程固沙在塔里木沙漠公路沙害防治中的适宜性

由于天然材料日益紧缺 ,研制适宜于流动性沙漠地区公路沙害防治的人工替代材料势在必行 .结合塔里木沙漠公路沙害环境 ,实验室优选出 L VA、LVP、WBS和 STB 4种抗性较好的固沙剂 ,对其理化性能、粘结体力学性能和抗风蚀性能等测试结果表明 :颗粒粒径 0 .2μm～ 0 .5μm,粘度 1 2 Pa· s～ 1 5Pa· s;1 0℃～ 70℃温度下无沉淀 ,不燃烧 ;实验抗压强度 1 .0 MPa～1 2 .1 MPa;1 0℃～ - 2 0℃低温下重量损失率 0 %～ 1 .8%;紫外光照射 30 0 h强度损失率 0 %～ 42 %;在 5m· s- 1～ 2 5.3m· s- 1实验风速下 ,风蚀量 0 g· ( 1 0 6cm2· h) - 1～ 4.0 g· ( 1 0 6cm2· h) - 1 ;现场试验固结层厚度 0 .2 mm～ 0 .5mm,强度高 .化学工程固沙技术适宜于塔里木沙漠公路沙害防治 .

塔里木沙漠公路不同固沙体系的性能和成本比较

建立固沙体系是保障塔里木沙漠公路畅通的首要条件。通过比较塔里木沙漠公路不同固沙体系的性能和成本后认为 ,尽管采用植物固沙的成本比采用机械固沙或化学固沙的成本高 1～ 3倍 ,但植物固沙体系的固沙性能、防护年限要远优于机械固沙体系和化学固沙体系 ;在塔里木沙漠公路固沙工程中 ,机械固沙应作为一种临时性的、辅助性的固沙手段 ,植物固沙 (栽植灌木固沙带 )适于作为塔里木沙漠公路永久的固沙体系 。

铁路沿线风吹雪灾害及其防治研究

新疆精—伊铁路经过的风吹雪灾害多发区最大风速平均值为14 0m·s-1,30年一遇的最大风速与最大积雪深度分别为20 3m·s-1和160cm,平均冬季降水量153 2mm。在风吹雪多发区,铁路风吹雪灾害的主要类型是路堑型风吹雪沉积,其次是低填路堤型风吹雪沉积。路堤低、路堤边坡平缓,路面上易发生风吹雪沉积;路堑边坡的角度越小、路堑越深、路堑走向与主导风向的夹角越小,风吹雪沉积越不易发生。在风吹雪害多发区,铁路路堤设计的适宜高度为200～1500cm。风吹雪的防治应以设防风吹雪走廊和下导风板为主,并辅以侧导板和挡雪墙等。

震后沟道泥石流启动条件——松散堆积体雨中失稳的水力学机制分析

5.12地震导致大规模的松散崩滑物质堆积于沟道,极大的增加了震后降雨型沟道泥石流爆发的概率。然而,灾后特殊的物源条件和成灾环境改变了传统沟道泥石流的形成机制,给震后沟道泥石流的防治工作带来了巨大的困难。为此,以水文学为基础,在构建松散堆积体潜水位变化水文学模型的前提下,借助水力学理论,分析了沟道堆积体内水力随潜水位变化的规律和特征,研究作用在单元条块堆积体上静水压力和动水压力的计算方法。在合理分段沟道松散堆积体的前提下,基于无限边坡理论完成了对各段堆积体下滑力、基底抗滑力及剩余下滑力的表达构建。结合算例解析了震后降雨条件下堆积体失稳的力学机制。分析表明,震后沟道松散堆积体失稳启动并泥石流化是流域降雨作用下堆积体内潜水位不断抬升、水力环境不断劣化的结果。流域大、沟道窄、堆积深、导水系数小、沟床缓的堆积体因较高的潜水位更易在降雨中失稳,且失稳模式因条块间剩余下滑力差异而分为整体推移启动及解体牵引启动两类。

基于时序NDVI的江西省植被覆盖时空变化分析

基于NDVI时序遥感影像,分析了江西省1999年～2008年10年间的地表植被覆盖空间分布及其变化特征.研究表明,江西省10年来植被覆盖总体改善,但呈现出明显的空间分异性:西部和北部增长趋势明显,东部和南部部分地区以及部分城区呈退化趋势.结合土地覆盖分类数据分析发现,NDVI变化特征与土地覆盖类型密切相关,人类活动造成的土地利用类型变化是NDVI变化的重要驱动因素.

公路风吹雪植物防治技术

公路风吹雪对积雪寒冷地区公路交通的影响比较普遍且相对严重,与成本较高的金属或圬工类风吹雪防治设施相比,植物防治技术有其独特的优势。根据公路风吹雪的形成条件,营造防雪林、种植植被,或者适当利用路线两侧既有的草木植被,对风吹雪进行有效干扰,能够在防止风吹雪影响交通的同时,绿化公路环境,协调路线景观。综合分析,可采用适当的树木、合适的间距、合理的乔灌混种等方式来营造防雪林、防雪植被等,通过植物防治技术避免或减轻公路风吹雪雪害。

西藏G318典型地质灾害成因机制及防治对策

通过资料收集和大量现场调研得出西藏境内G318沿线发育重大地质灾害324处(段),其中崩塌162个,滑坡39个,泥石流88条,雪崩3处,河岸坍塌10段,冻土冻融22段。崩塌以节理裂隙切割型岩质崩塌、坡面堆积滑塌型和高陡阶地滚落型土质崩塌为主,滑坡以大型深厚堆积层土质滑坡和中小型风化卸荷型岩质滑坡为主,泥石流以降雨诱发型和冰湖溃决型为主。沿线地质灾害在地域上不均、地形地貌上散中有聚、地层岩性及高程上相对集中、年际上具有周期性及年内具有季节性的发育特点,且与人类工程活动有关的达67%以上。最后,提出了分期分批分级治理的防治思路和不同类型不同成因模式地质灾害的防治措施。

阿拉善额济纳地区公路盐胀病害成因分析

阿拉善额济纳地区位于内蒙古自治区西北寒旱区,其境内哈温段与达来呼布至策克口岸省道S315部分路段在路面横向上不间断出现类似"天然减速带"的病害现象,严重处路面横向凸起高度约10cm,对行车安全构成极大危险。对病害路段基层、路基不同深度试样及路基坡面试样的化学成分进行了分析。结果表明,试样中氯离子质量分数与硫酸根离子质量分数之比小于0.3,硫酸盐盐渍化明显,为典型的硫酸盐渍土,盐渍化程度与路面横向凸起幅度相吻合,凸起幅度愈大,平均含盐量愈高,受日照持续时间长、强度大的路基西坡面路基土含盐量明显大于东坡面含盐量,氯离子质量分数远小于硫酸根离子质量分数,氯盐对硫酸钠盐渍土膨胀的抑制作用并不明显,可见阿拉善额济纳地区特殊的气候环境条件与工程地质条件使得路基土逐渐硫酸盐渍化并发生盐胀,是额济纳地区已建公路产生横向凸起病害的重要原因。

塔里木沙漠公路风沙危害分异规律的研究

从塔里木沙漠公路风沙危害的影响因素入手 ,分析了公路沙害水平分异和垂直分异的原因 ,并给出相应的分异规律。公路沙害的水平分异是在不同风沙地貌背景上不同的风力及组合综合作用的结果 ,同时受人为因素对防沙体系设置的影响 ;公路沙害的垂直分异通过不同地貌部位体现出来 ,它是由地形地貌对风动力、有效沙物质量。