冻融循环及含水率对冰碛土力学特性影响

处在季节性冻土区的冰碛土受冻融循环作用影响显著,极大地影响工程的稳定和安全。为了探究冻融循环作用及初始含水率对冰碛土静力学特性的影响,以川西甘孜州海螺沟的冰碛土为研究对象,通过开展不同冻融循环次数及初始含水率条件下冰碛土不固结不排水三轴试验研究冻融循环作用对冰碛土力学参数的影响。试验结果表明:冻融循环作用下冰碛土应力-应变曲线为弱应变软化型;随冻融循环次数增加,冰碛土弹性模量、抗剪强度均呈现出先快速衰减后趋于稳定的变化趋势,且初始含水率越大其力学指标衰减程度越大,黏聚力呈负指数型函数降低,而内摩擦角无明显变化;采用指数型函数对抗剪强度、弹性模量试验值进行多元非线性拟合,建立冰碛土力学参数与围压、含水率及冻融循环次数的关系表达式,拟合效果理想,可用于推算经历冻融循环后土体力学参数值;冻融循环作用会使冰碛土力学性质显著劣化,且劣化程度与含水率呈正相关。研究成果可为高寒山区工程设计与建设提供科学支撑。

缺资料地区泥石流预警雨量阈值研究

合理的雨量阈值指标是保障泥石流预警报准确性的关键,对于研究泥石流形成机制、分析预测未来活动特点以及指导防治工程设计等方面均具有重要意义。由于国内山区大多数泥石流沟均无降雨和灾害资料,目前国内外通行的实证法和频率计算法不能满足其泥石流预警报的需要。通过分析泥石流预警区的降雨条件、水文特征及下垫面条件,提出了基于水力类泥石流起动机制来计算泥石流预警雨量阈值的方法。主要根据流域地形及松散固体物质等特征,计算该流域泥石流起动的临界水深,并结合流域产汇流机制、特征降雨量随海拔变化规律、暴雨雨型特征,进而计算该流域泥石流预警雨量阈值。研究成果在四川省凉山州宁南县城后山史家沟流域进行了应用和验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。该方法解决了缺资料地区泥石流预警报的难题,为山区泥石流预警报提供了一种新的思路。

泥石流坝后侵蚀坑内部边坡规律实验研究

侵蚀坑内部边坡的大小决定着侵蚀坑的形态和发展,研究侵蚀坑内部边坡的变化规律可为合理估算冲刷范围提供依据。通过室内水槽实验观测,侵蚀坑纵剖面坑内坡度总体表现为上游坡较下游坡陡,并且随着水槽原始坡度以及沟床组成物质的变化而变化。对于具有相同级配的粘性砂和无粘性砂,粘性砂的侵蚀坑坑内坡度较无粘性砂的要陡。定义侵蚀坑上下游出口与其最深点连线的倾角为侵蚀坑坑内上下游坡度,通过对实验数据进行回归分析,建立了侵蚀坑坑内坡度与泥沙的水下休止角以及沟床原始纵坡之间的定量关系。

泥石流沟道侵蚀初探

泥石流是广泛分布于我国山区、破坏力极强的山地自然灾害之一,对山区经济发展、人民生命财产安全都有着极大的威胁。泥石流沟道侵蚀作为一种特殊的侵蚀类型,与一般水流相比,其侵蚀作用非常强烈,在一次过程中便可刷深沟床数米甚至数十米。泥石流沟道侵蚀的危害(桥梁、堤防基础暴露等)不亚于泥石流淤积。鉴于目前国内外在泥石流沟道侵蚀研究方面仍处于主要对野外观测资料进行简单分析的现状,对泥石流沟道侵蚀的模式和影响因素进行了探讨,建议今后应着重对泥石流沟道侵蚀动力学过程和机理的研究,建立泥石流沟道侵蚀特征与泥石流运动特征(流速、容重等)参数之间的定量关系。

泥石流松散固体物源研究进展与展望

泥石流形成的三大基本条件中,固体物源条件是泥石流研究最直观的对象,也是最容易研究但同时最难定量研究的对象。首次从物理机制角度讨论了泥石流固体物质的定义,并给出了度量方法;此外,对泥石流松散固体物质储量、动储量的调查手段与方法,固体物质冲出总量,以及固体物质起动临界深度模型的研究现状进行了梳理分析。结果表明:目前常应用于度量泥石流固体物质的指标——动储量及固体物质冲出总量等,其估算方法多是建立数学模型或是拟合公式,缺乏明晰物理机制,普适性和度量精度较低;基于目前存在的问题而提出的可移动固体物质概念则恰好规避这一问题,且现有的研究成果可为其度量方法的建立提供理论支撑。最后,探讨了泥石流固体物源未来研究可开展的工作:深入开展泥石流可移动固体物质物理力学机制判别方法研究;开展泥石流固体物源空间分布规律研究;开展泥石流固体物质岩土特性随时间的推移所呈现的演变规律研究。

泥石流坝后侵蚀坑纵剖面形态及最大深度实验研究

泥石流拦砂坝坝后侵蚀坑形态和深度是泥石流冲刷基础研究的薄弱环节。通过室内水槽实验,探讨了泥石流坝后侵蚀坑的形态和不同实验控制条件下侵蚀坑深度的变化规律等。由实验观察可知,侵蚀坑纵剖面整体上呈现两端浅中间深的形态特征,其最深点的位置随水槽坡度增大向下游方向发展;侵蚀坑坑内上游坡度较下游坡度陡,对于具有相同级配的粘性砂和无粘性砂,无粘性砂的侵蚀坑坑内坡度较粘性砂的缓;侵蚀坑的最大深度受沟床纵坡、泥石流的容重、沟床组成物质的性质(特征粒径、粘性)等因素的影响较大;泥砂粘性的存在将大大削弱侵蚀的深度。

唐家山堰塞湖溃坝条件下兰成渝输油管道安全性评价与对策

兰成渝输油管道是我国惟一通向西南地区的成品油管道,供应川渝地区70%以上的成品油,是国家西部大开发的重要动脉,其安全运营十分重要。"5.12"汶川大地震在四川省绵阳市北川县城上游的唐家山形成规模巨大的堰塞湖,为了确保唐家山堰塞湖泄洪排险过程中输油管道的安全,对堰塞湖可能出现的三种溃坝方案中输油管道涪江穿越断面的冲刷深度进行了计算。计算结果表明,如果发生三分之二溃坝,涪江穿越断面主槽冲刷深度为6 m,边滩冲刷深度为4 m;如果发生全溃坝,则分别为8 m和6 m。并对其安全性进行了评价,提出了相应的应急处理措施,确保了兰成渝输油管道安全渡过唐家山泄洪。

基于水土耦合的沟床起动型流体运动过程模拟研究

建立考虑沟床侵蚀、坡面汇流以及上空降雨共同作用下沟道流体运动的水土耦合模型,可以为流域风险评估、防灾减灾和潜在性泥石流沟判识等提供理论依据。通过分析沟道流体对沟床可移动固体物源的侵蚀过程,并将其与具有时空变异性的坡面汇流及上空降雨进行合理耦合,建立了小流域沟道流体运动的水土耦合模型;采用有限差分法对流体运动水土耦合模型进行时空离散,得到了沟道流体运动数值离散模型;在此基础上,基于MATLAB语言编写了流体运动数值离散模型的求解程序;同时,以来流流量及沟槽坡度为控制变量开展了室内模型实验,观测不同工况条件下沟槽控制点处流体流深、流速以及流体容重的变化情况。通过对所得到的12组水槽实验的实验结果进行数据分析,发现在沟槽坡度保持不变的条件下,沟槽控制点处流体流深及流体流速与来流流量之间呈正相关关系,流体容重与来流流量之间呈负相关关系;同时,将沟槽控制点处流体流深、流速以及流体容重的数值求解结果与实验测量结果进行对比分析,发现流体流速和流体容重的模拟精度均高于90%,流体流深的模拟精度高于80%。表明所建立的小流域沟道流体运动的水土耦合模型基本合理,所采用的数值离散方法及所编写的模型求解程序较为可行。

泥石流数值模拟方法研究进展

泥石流作为一种多相混合介质,所包含的物理过程和动力学特征非常复杂。针对泥石流问题的数值模拟方法随着数值计算方法和物理计算模型的发展而发展,基于物理过程的数值模拟方法为探究泥石流复杂物理现象背后的机理提供了一种有效手段。回顾了求解泥石流动力问题的数值模拟方法,从连续介质计算方法、离散介质计算方法和混合介质计算方法3个方面分析了不同数值模拟方法的特点和适用情况,介绍了在泥石流分析中常用的数值模拟软件及其特点,展望了求解泥石流动力学问题的数值模拟方法的发展趋势。结果表明:传统的基于网格的计算方法已有长足发展和较长的应用历史,相对比较成熟,但是在处理大变形、快速运移的自由表面流问题时,存在网格容易畸变等问题;基于粒子的计算方法在处理上述问题时无需网格的划分和维护,易于确定自由表面位置和多相间的界面,但存在边界条件处理困难等问题;混合介质计算方法在较小尺度范围内对固体颗粒物质与液相相互作用机理进行探讨时具有重要作用。

泥石流监测预警研究现状综述

在泥石流灾害频发的今天,开展泥石流监测预警是一种行之有效的预防手段。从泥石流监测内容研究(固体物源、水源条件和泥石流运动特征等)、泥石流预警临界雨量、监测预警技术方法、手段等方面对泥石流监测预警的国内外研究现状进行了回顾和总结,并对现阶段泥石流等地质灾害监测预警成功率较低所存在的问题进行了分析,进而提出建议和未来监测预警的发展趋势。

恒定渗流作用下泥石流起动过程冲刷试验分析

渗流是泥石流水动力条件主要来源之一,不同渗流流量具有不同的渗流力和冲刷力,从而可引起不同规模泥石流。通过开展室内水槽试验,利用测压管量测渗流过程中的孔隙水压力,并结合高清摄像技术从微观角度记录堆积土体内部细颗粒的运移、骨架颗粒的坍塌现象,以此分析研究土体渗透破坏、起动形成泥石流过程中的渗流和冲刷作用。在此基础上设定水槽坡度为7°,调节恒定渗流流量分别为120、170、265、320 ml/s,分析不同恒定渗流流量对固体堆积物失稳、泥石流起动过程中流态变化的影响。分析结果表明,在恒定渗流流量作用下,堆积土体内部细颗粒迁移、骨架颗粒坍塌造成土体颗粒重排列、孔隙水压力上升进而导致土体抗力降低是泥石流土体颗粒失稳、起动、冲刷的重要原因;随着渗流流量增加,流速迅速上升,土体内孔隙水压力逐步增大,骨架颗粒的失稳、移动主要受渗流及水流冲刷两方面共同作用,堆积土体颗粒的移动分别表现出缓慢小幅滑动后稳定、过渡型滑动和快速流滑现象。

白龙江流域泥石流特征分析

泥石流孕灾环境和流域形态是泥石流发育及其活动的基础,把握孕灾环境和流域形态特征对开展泥石流防灾减灾工作具有重要的现实意义。在分析白龙江泥石流空间分布格局的基础上,从区域构造环境、地形地貌、地层岩性和降水等方面研究了流域泥石流的孕灾环境特征,探讨了各因子与泥石流分布的耦合关系。针对白龙江干流250条泥石流沟,运用数理统计方法,对其流域面积、主沟长和相对高差等重要参数进行了统计分析,明确了干流泥石流的流域形态特征。

信息熵在震后深溪沟流域泥石流危险度评价中的应用

"5·12"汶川地震导致深溪沟流域孕灾环境剧变,泥石流灾害频发,危害严重,亟待对该流域泥石流危险度进行合理有效地评价。以该流域为靶区,应用GIS技术将该流域划分为41个子流域,基于信息熵原理与方法计算41个子流域8个评价因子的信息熵值;根据各因子的信息熵值计算每个因子的权重,进而计算每个子流域泥石流综合危险度指数、判定每个子流域泥石流危险度。将判定结果与应用地貌信息熵法和野外调查结果进行了对比分析,结果表明:本文信息熵法泥石流危险度评价的结果与实际情况吻合较好,可为该流域泥石流防灾减灾、经济建设布局等提供依据。

泥石流多发区典型土浆体流变特性比较研究

为探讨泥石流多发区典型细黏土浆体流变特性,选取云南小江流域和甘肃白龙江流域典型土,通过流变试验、颗粒级配试验和矿物组分分析方法,比较分析小江红土和白龙江马兰黄土的泥石流浆体流变特性及其影响因素。结果显示:随容重增加,红、黄土泥石流浆体的剪切应力、屈服应力和刚度系数均呈增长的趋势,高容重条件下增长较为明显;同容重条件下,红土浆体的剪切应力、屈服应力和刚度系数均明显高于黄土浆体,其中红、黄土浆体屈服应力与体积浓度呈指数相关;红、黄土浆体流变特性以容重的影响最为显著;此外,颗粒级配、黏粒含量和矿物组成及其含量也是造成红、黄土流变特性差异的重要原因。研究结果对揭示2个区域的泥石流成灾机理具有一定的意义。

岷江上游汶川地震重灾区山洪灾害危险分区研究

以岷江上游汶川地震重灾区为靶区,在剖析山洪灾害特征及驱动因子的基础上,开展山洪灾害危险性分区研究。得出研究区山洪灾害具有如下特征:1受暴雨控制,主要分布在龙门山暴雨区,具带状、群发特征;2受地震发震断层的控制,在主断层范围内集中、连片分布;3呈串联或并联特征;4震后崩塌、滑坡淤堵河道,山洪灾害发生的临界雨量降低,导致山洪灾害规模扩大、频率增加,危害加剧。根据主控驱动因子即暴雨驱动因子(年最大1 h暴雨均值)和地震驱动因子(距发震断层距离),将研究区山洪灾害分为3个等级:高度危险区、中度危险区和低度危险区。研究成果可为岷江上游流域山洪灾害的监测预警、综合防治、减少山洪灾害损失等提供依据。

成都粘土泥浆流变模型探讨

泥浆是泥石流动力学的重要研究对象。细小的黏性颗粒是黏性泥石流泥浆的基本组成部分,传统流变模型可以描述粘性泥石流中颗粒物质相互作用,然而各灾害点物质组成的差异性使得泥浆流变模型的应用各有不同,且当前研究缺少对不同模型应用的详细讨论。本研究利用MCR301流变仪,开展不同含水量成都粘土泥浆流变实验,分析成都粘土泥浆剪切应力随剪切速率变化过程、含水量对剪切应力的影响;对比分析幂律模型、宾汉模型和Herschel&Bulkley模型(H-B模型),拟合各含水量成都粘土泥浆的流变实验结果。得出如下结论:(1)随着含水量由50%增大到400%,成都粘土泥浆切应力迅速降低,由超过8000 Pa降低到5 Pa左右;当剪切速率约为0.2 s-1时,剪切应力随剪切速率增加而迅速增大,但当剪切速率大于0.2 s-1时,剪切应力随剪切速率增加而增长缓慢,成都粘土泥浆表现出典型的剪切稀化非牛顿体流体;(2)H-B模型能很好地反映各含水量成都粘土泥浆剪切应力与剪切速率的变化全过程(剪切稀化),是拟合成都粘土泥浆流变过程的最佳数学模型;(3)泥浆屈服应力(τHB)和流动指数(ηHB)随含水量的增加迅速减小。本文流变模型实验的开展和研究对深入认知和探索泥石流致灾全过程具有重要意义。

含水率对泥石流浆体力学特性影响实验研究

探讨含水率对泥石流浆体力学特性影响是泥石流运移过程研究的基础性内容。以成都龙泉区黏土为实验材料,配制11种不同含水率的泥浆,利用安东帕MCR301流变仪,对不同含水率泥浆开展两循环旋转剪切实验(每循环剪切过程分为增速剪切(0-30 s^(-1))和减速剪切(30-0 s^(-1))两阶段),分析含水率对泥浆剪切过程、剪应力变化过程、剪切应力峰值及灵敏度的影响。实验结果表明:①初剪应力峰值和复剪应力峰值与含水率呈幂律关系。②由于剪切过程的差异性导致含水率对泥浆的剪应力与剪切速率的影响也具有差异性:当含水率低于100%时,第一、第二循环各阶段剪切过程中剪切应力变化过程完全不重合,且初剪应力峰值和复剪应力峰值随含水率增大迅速降低,灵敏度随含水率的增加迅速减小到1;当含水率高于100%时,第一、第二循环各阶段剪应力变化过程基本一致,含水率对应力峰值和泥浆灵敏度的影响可以忽略不计。③影响成都黏土泥浆剪切过程、剪切应力变化、剪应力峰值和灵敏度的含水率阈值是100%。本文对成都区黏土泥浆开展了动态剪切试验,探讨了含水率对泥浆特性的影响,可为其他区域黏土特性的研究提供参考,具有重要的研究意义!

汶川地震灾区松散土体岩土特性研究

汶川地震灾区地震诱发了巨量的松散固体物质,呈非均质、欠固结、空间结构复杂,岩土特性具有特殊性。以都江堰虹口深溪村锅圈岩沟为例,在地震诱发滑坡遥感解译的基础上,通过原位渗透、直剪和三轴实验,系统研究了汶川地震灾区松散土体的岩土力学特性。地震诱发的滑坡堆积体主要分布在源区坡度≥30°的区域,平均堆积厚度约为15 m,储量达20×10~4m^3。渗透实验表明,松散土体初始和稳定入渗率均较大,主要与其大空隙、大裂隙、欠固结等特性有关;此外存在内部侵蚀、细颗粒迁移现象。直剪实验中松散土体黏聚力和内摩擦角随黏粒含量增加而增加、但随含水率呈先增大后减小的趋势。三轴实验结果表明,应力随应变的增加而增加;且在不同含水率条件下增长速率不同。围压越小,剪应力达到峰值引起的土体应变越小,土体越易破坏。孔隙水压力随应力和应变的增加而增加,土体破坏后,孔隙水压迅速降低,之后随着应力和应变的增大,孔隙水压力呈现回升。研究成果可以为锅圈岩沟泥石流致灾机理、预警阈值、防治工程关键参数设计等提供科学依据。

白龙江与小江泥石流流域地貌演化比较分析

甘肃白龙江和云南小江是我国著名的暴雨泥石流区域，灾害频发、危害严重。本研究选取白龙江和小江流域主要泥石流沟，通过分析主沟比降和流域面积一高程曲线，定量分析流域的地貌演化阶段，比较两流域主要泥石流沟在地貌演化上的异同。研究发现两个流域的主要泥石流沟绝大多数处在壮年期，表明在未来较长的时间内，两个流域的泥石流活动还将持续；小江流域泥石流沟在发育阶段上略迟于白龙江流域；处在同一演化阶段不同线型的泥石流流域，上凸型和中凸型更有利于泥石流活动。正确判断泥石流沟所处的发展阶段对于泥石流沟防灾减灾工作具重要意义。

云南省维西县地质灾害孕灾环境及易发性分区

维西县位于滇西北横断山脉中段高山峡谷地带,地质构造复杂、地质环境脆弱、年降水量大且集中,决定了该区属地质灾害高易发区.受自然、气候和人类工程活动影响,全县境内滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害十分发育,地质灾害时空分布不均,暴发时段集中在5—9月;暴发区域多集中在人口聚集的澜沧江干流、永春河、腊普河等河谷区域.通过网格划分、选取致灾因子及对主要致灾因子赋值的方法,将维西县按照0.0～7.5,7.5～15.0,15.0～25.0的区间划分为低、中、高易发区.其中,高易发区主要分布在澜沧江沿岸及永春河沿岸,占县境总面积40.43%,中等易发区分布在腊普河流域,占县境总面积6.99%,低易发区主要分布在澜沧江西岸和东岸部分区域,占县境总面积52.58%.