2007年日本群马县南牧村泥石流成灾特点与启示

2007年日本群马县南牧村在"植被覆盖良好,且实施了泥石流工程防护"的情况下,依然发生泥石流灾害,究其原因,与南牧村大量培育的"浅根型杉木人工纯林"关系密切。研究表明,南牧村的高大浅根杉木纯林具有典型的抑灾、致灾双向影响作用,其中"致灾影响"使得持续强降雨过程中斜坡林地大量破坏,结果(1)出现多条新发育的泥石流沟,泥石流暴发规模超过防护设计标准;(2)产生的漂木堵塞透水型拦挡坝,实际防护效能下降;(3)有的泥石流沿公路输移并破坏沿线经济体,泥石流危害范围扩大。据此,探讨了浅根型人工乔木纯林斜坡林地的稳定性问题、漂木拦挡问题、良好植被覆盖区泥石流灾害防治对策问题,建议探索浅根型乔木林人工培育及良好植被覆盖区泥石流危险区辨识等工作的减灾途径,重视斜坡林地稳定性的动态评价、泥石流危害路径的探查及良好植被覆盖区低频泥石流灾害隐患的揭示。

预应力锚索优化设计统一理论探讨

预应力锚索技术普遍存在设计保守和支护效果不佳的问题,不仅造成工程浪费,而且阻碍自身发展。本文提出了预锚设计分级优化的概念,通过研究初级优化原理,统一说明优化参数的定义、关系和设计敏感度,并提出优化评估指标,以此初步探讨了预锚优化设计统一理论。

地形对碎屑流冲出的影响作用(英文)

传统的碎屑流冲出预测经验模型主要基于冲出物体积与冲出物到达角的假设关系式,并没有考虑地形的影响,其中到达角指滑坡后壁顶点与堆积体末端点连线的角度。本文通过小尺寸模型槽实验研究不同地形条件对碎屑流冲出的影响,发现冲出路径上的缓地形将增加到达角,对近期的两个地震诱发型碎屑流场点的调查结果也表明了缓地形对到达角的影响。还发现冲出物受地形限制而改变冲出方向时可能增加冲出角。考虑上述两种地形约束作用的冲出距离预测值将小于传统的预测方法。

泥石流浆体与大颗粒冲击力特征的试验研究

开展了密度为1 400-2 200 kg/m3的泥石流浆体、浆体与大颗粒混合流体的冲击力试验,获取了流速为2.8-4.9 m/s条件下31组冲击力试验数据。采用小波分析方法有效地去除了冲击力数据中的噪声信号,依据离散傅里叶变换（FFT）为基础的频谱分析结果,将低频泥石流浆体冲击和高频大颗粒冲击的临界频率值界定为2 Hz,实现了浆体和大颗粒冲击信号的分离。目前水动力学公式中待定系数α缺乏统一的确定方法,以不同地区157组泥石流观测和试验数据为基础,建立了待定系数？与流体Fr数的幂函数关系,形成可表征不同流态,且弱化尺度效应的浆体动压力计算公式。与泥石流浆体平滑信号相比,大颗粒冲击压力具有一定随机性。泥石流大颗粒冲击次数与频率随大颗粒的质量比增加而增大,其质量比从0.05增至0.21时,冲击总次数从1 305次增至2 838次,冲击频率从82次/s增至195次/s,且龙头段大颗粒的冲击频率高于后续泥石流体。测得大颗粒的压力约为60 k Pa,是相同密度和流速下浆体动压力的3倍。随着大颗粒比例的增加,上部1#和2#传感器测得大颗粒冲击频率增加量明显高于下部3#-6#。说明随着流体中大颗粒比例上升,颗粒物质多集中于泥石流上部或表层运动,也佐证了泥石流运动中大颗粒多集中在龙头顶部的认识。对大颗粒和浆体冲击规律的分析可为固液两相流运动机制研究和防治工程设计以及承灾体易损性定量评估提供合理参数。

隧道工程遭受泥石流灾害的工程易损性评价

以往泥石流易损性评价主要针对经济、社会、物质和环境的易损程度,未见关于工程基础设施易损程度评价。为此,以枝柳铁路卓福隧道遭受泥石流灾害为工程背景,提出了工程易损性的概念,根据隧道承灾特点和泥石流致灾特征,系统分析了隧道的地质选址、工程设计、隧道施工、运营维护以及泥石流致灾因子对隧道工程易损程度的影响,确定了工程易损性评价指标体系,借助于AHP法和模糊综合评价法,建立工程易损性的评估方法。并以实例验证该方法可行性,为泥石流地区隧道工程防治等级确定和隧道承灾能力评估提供方法参考。

汶川地震极重灾区公众减灾意识调查分析

采用问卷调查和入户深入访谈的方式了解汶川8.0级地震极重灾区都江堰市虹口乡和紫坪铺镇11个村的群众减灾意识、减灾需求和建议,并从性别、年龄、文化程度三个方面分析比较减灾行为倾向,初步反映汶川地震灾后重建4年后极重灾区民众的山地灾害减灾意识状况。调查结果表明:多数被调查者的减灾意识较强,尤其是接受过减灾培训的地质灾害监测员和群众,但也反映大部分群众尤其是中青年对二次灾害存在侥幸心理,对避灾技能的理解还有待加强,社区减灾能动性有待进一步发挥。最后结合当地实际提出改进防灾避险明白卡、注重宣传培训效果,强化民众减灾意识,充分调动群众减灾能动性和完善风险沟通协调机制等对策和建议,从而为有关部门开展山地灾害防治的宣传培训提供参考,同时为促进社区减灾提供社会心理依据。

基于流域形态完整系数的泥石流容重计算方法

通过对四川山区20条典型泥石流沟道的现场调查,建立了流域形态完整系数与泥石流浆体容重的统计关系,通过拟合分析形成了基于流域形态完整系数泥石流容重的指数式计算公式,获取了回归曲线,并采用误差分析、影响因素分析及趋势分析验证了该计算公式的合理性。研究表明,泥石流流域形态对泥石流浆体容重有很大影响,在区域地质背景条件相似时,浆体容重随流域形态完整系数的增大而减小。当流域形态完整系数大于0.3时,形成的泥石流多为稀性泥石流,且逐步向水石流、夹砂水流的状态发展,浆体容重可达到1.28t/m3的极值,这与目前观测到的泥石流容重最小值相符。基于统计关系建立的拟合公式尤其适用于流域形态完整系数较大的桦叶形泥石流沟,可为无法观测(已暴发或难以到达)的泥石流沟容重的计算提供简便方法,亦可为容重参数的合理确定提供区域性参考。

基于无人机影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法

[目的]探究无人机高清影像快速估算矿山排土场边坡土壤侵蚀速率的方法,为无长期地形监测地区的土壤侵蚀强度估算提供了新方法。[方法]通过无人机和RTK-GPS分别获取研究区影像及地面控制点坐标,利用Agisoft PhotoScan Professional 1.1.2软件生成研究区空间点云,利用ArcGIS 10.3生成高精度DEM,通过目视遥感解译和现场调查,快速估算研究区土壤侵蚀速率。[结果]本研究区排土场边坡土壤流失面积11 052.53m2,土壤侵蚀总体积835.41m3,土壤侵蚀速率为4 043.82t/(km2·a)。使用普通克里金法插值生成DEM数据精度为0.26m。[结论]通过本研究方法计算出的排土场土壤侵蚀强度属于中度侵蚀,土壤侵蚀速率较为符合实际情况,精度也满足了本研究的需要,同时,在高密度点存在的情况下,各种插值方法生成DEM数据误差相差不大,使用普通克里金法能够使结果最优。

泥石流流速横向分布特征与防治工程结构优化

以往研究表明,泥石流流速在沟道横断面上分布不均,但目前尚无理论依据,国内现行相关规范暂时建议在泥石流拦挡坝、排导槽等防治工程设计时,流速、荷载按均布考虑,这与实际的受荷情况有所差别,从而导致防治工程局部稳定性偏小,极易发生工程失效。为此,基于冲淤平衡原理、流体均质假设及沟道横断面形状的合理简化,结合雨洪修正法与形态断面法相关原理,演绎了沟道横断面任意位置流速计算公式的推导过程,并获取了泥石流流速的横向分布的非线性特征。通过四川省地震灾区理县甲司口沟泥石流防治工程的实例分析,发现横向上泥石流的中泓线流速与两侧流速相差达到300%。据此对拦砂坝进行了结构优化设计,在确保功能的前提下,提高了坝体稳定性系数约20%,节约了工程造价约5%。

V型排导槽内泥石流流速横向分布探讨

V型排导槽内泥石流流速的横向分布是一个与设计密切相连的非线性分布,直接关系到排导槽横断面各位置泥石流冲击力、磨蚀力等特征参数的定量计算。但目前流速公式多针对矩形槽,规范中没有关于该流速横向分布相应条款,因而导致部分已建V型排导槽因磨蚀或淤积而防治失效。鉴于此,本文试图通过合理假设,推导出泥石流流速横向分布计算公式,并以在建雅(安)泸(沽)高速公路沿线的某沟泥石流防治为工程背景,验证其具有一定的适用性,可供相关研究与设计参考。

拓宽加载对旧路基附加沉降影响数值分析

基于有限元数值分析方法,对路基拓宽工程中,新路基填筑对旧路基附加沉降的影响进行了研究。选取6 m厚软土地基双向4车道的两侧拓宽工程作为数值模拟原型,新路基填筑分别采用不同的填筑、固结间隔期的分层加载方式,通过监视旧路基坡趾下方不同深度的指定观察点,提取观察点的沉降-时间曲线,分析其加载过程的沉降特征,获取不同拓宽加载方式下旧路基下地基影响深度范围内附加沉降的变化特点及沉降完成时间。研究结果表明,新路堤填筑加载总量一定时,不同填筑方式引起的旧路堤附加沉降基本为定值,根据堆载高度可以确定旧路基最终沉降量;新路堤填筑方式影响旧路堤的沉降完成时间、填筑加载时间与自然固结时间相对集中时,旧路堤完成沉降所需工期较短。

枝柳(枝江—柳州)铁路线张家界段线域地质灾害评估

通过全面的野外调查和历史资料统计分析,统计了枝柳线张家界工务段沿线的地质原生灾害、次生灾害和衍生灾害的数量,并研究了各种灾害的分布规律。针对既有线铁路的特征,选取了地质灾害的发育因子、基础因子和诱发因子作为评价指标,并且基于区域地质灾害评价预警的递进分析理论与方法(AMFP),对原有方法进行了改进和拓展,形成了既有线铁路的地质灾害"四度"法评估方法。由此,分别计算了枝柳线张家界工务段地质灾害的发育度、潜势度、危险度和危害度(简称"四度"),且据此进行了综合分区,为既有线铁路的地质灾害监测和管理提供科学依据。

冰屑对冰-岩碎屑流运动特性影响作用的初步分析

冰-岩碎屑流是一种发育在高寒山区、含固态水的特殊碎屑流,具有超强的运动性。冰屑对提高冰-岩碎屑流运动性至关重要,但对其认识仍较为不足。通过对2000年易贡滑坡的灾史资料分析和野外调查,指出易贡滑坡启动时携带冰川冰体、运动时铲刮含冰碎屑物,而且具有规模大、冲出距离远的运动特性,是典型的冰-岩碎屑流。进而引入斜槽实验模拟岩土体上覆冰川冰体失稳下滑的过程,验证调查发现的堆积体前端坑洞群问题,探讨冰-岩碎屑材料冲出距离与含冰量、冰屑岩屑粒径比的关系。研究发现,冰屑可能包裹在碎屑流前端并全程参与碎屑流运动,在停积后由于融化而在堆积体上形成坑洞。被包裹的冰屑能够提高冰-岩碎屑材料的冲出距离,但含冰量较大时冰屑可能由于黏结成团、不易进入碎屑流内部而导致冲出距离变小。由此归结得到,冰屑提高碎屑流冲出距离的一个重要前提为冰屑进入碎屑流内部,当冰屑与岩屑的粒径比越小时冰屑越容易进入。这项研究工作为认识冰屑影响提供了坑洞调查法和斜槽实验法,研究成果有助于更为深入地认识冰-岩碎屑流运动特性的冰屑影响机理,为预防冰-岩碎屑流的远程致灾提供科学依据。

2013年尤特台风诱发广乐高速公路泥石流活动特征及危害

2013年8月15-17日,尤特台风带来的强降雨在华南地区广乐高速公路沿线北段40 km范围内激发了17场泥石流,造成公路工程的基础设施遭到破坏,施工进度受到影响。通过灾后现场调查,研究了泥石流的活动特征及对公路的危害。研究结果表明,此次台风降雨诱发的泥石流具有群发性的特征,各场泥石流的重现周期约100 a,与其它群发性低频泥石流事件相比具有规模偏小的显著特征。流域面积小、植被覆盖率高、松散物源少、沟床粗化是频率低但规模小的主要原因。泥石流并未造成路基、隧道等主体工程的结构性破坏,而只造成其功能性损坏,受损的功能易于恢复。然而,涵洞、挡墙、排水系统、预制场、施工营地、施工机械等附属设施或施工设施遭到的破坏则需要花较长时间进行灾后修复,特别是在多处施工便道也遭到破坏的情况下。广乐高速公路沿线的泥石流灾害事件表明需要特别注意对这类频率低但规模小的群发性泥石流进行风险防范。

泥石流V型排导槽防淤设计方法及其应用研究

排导槽是泥石流治理常用的工程措施,泥石流若在槽内淤积,将极大影响排导槽防治效果。目前国内现行规范中没有关于排导槽淤积情况计算的相关条款,导致排导槽被泥石流淤埋的工程事故时有发生。鉴于此,分析了排导槽淤堵的常见原因,对现有的一些排导槽淤积验算公式进行了分析和整理,提出了一套基于槽宽验算、槽内泥深及流速验算等公式的排导槽防淤设计验算方法。该方法在雅(安)泸(沽)高速公路沿线某泥石流沟V型排导槽淤埋事故的处理中进行了应用,重建的排导槽经受了2011年6月17日特大暴雨形成的泥石流的考验,说明该方法实施效果良好,可供相关研究与设计参考。

逐层开挖对支护结构体系工作性状影响数值分析方法研究

基于有限元数值分析方法,建立了遵循时空效应的逐层开挖、随挖随撑的分步施工模拟方法。该方法提出考虑边界效应、开挖渗流和挡墙埋深等因素的软土地基深基坑计算区域综合确定法,引入表征土体应力应变非线性关系的H-S强化土体模型,设计反映土工结构体和施工荷载变化的基坑开挖基本工况和支撑预应力施加方案,形成支撑预应力取值迭代修正法,解决了原型选择、模拟方法、模拟工况关键技术问题。分析结果能够反映基坑逐层开挖过程土工结构体和施工荷载的逐渐变化与相互影响。

大型滑坡长期演变的地质力学行为及成灾模式研究年度报告

该年度投入了大量的人力和物力开展文献资料总结和野外调查工作,初步将西部山区大型滑坡地质结构类型划分为"弱面"控制型、"关键块体"型、"软弱基座"型和"采空区"控制型四大类。将滑坡成灾模式划分为变形体-潜在威胁模式、滑坡-随动破坏模式、滑坡-高速碎屑流模式、滑坡-堰塞坝堵江模式和滑坡-高涌浪模式等5个模式。完成了对贵州习水县程寨滑坡、贵州关岭县岗乌镇大寨滑坡和重庆武隆鸡尾山滑坡地质结构类型及成灾模式的详细调查分析工作。获取了滑坡岩土体物性参数,为后续研究打下了基础。在滑坡的启动和运动机理研究方面,主要完成了模型试验设备的设计和加工,基于连续介质力学和离散元的滑坡动力过程模拟,针对声波液化模型在大型滑坡中的应用及滑坡模拟中物质状态方程的替代问题的研究和采用大型模型槽及离散元方法对大型滑坡产生的碎屑流运动特征的研究等工作。该年度所取得的研究成果有助于加深人们对大型滑坡地质结构类型和成灾模式的认识和理解,拓宽现有的对大型滑坡启动和运动的模拟方法,推动大型滑坡成因机理研究向前发展。

道路工程泥石流勘界的合理确定

现有的道路工程泥石流勘界范围的确定未能充分考虑道路沿线泥石流的活动范围与治理方式。为了减少道路工程泥石流勘界不清或不合理带来的问题,从道路工程防灾减灾的角度出发,结合道路沿线泥石流成灾特点,以及泥石流调查、泥石流活动范围预测与灾害评估、泥石流灾害防治管理等工作要求,提出了道路工程泥石流勘界方法和流程,并探讨了道路工程泥石流勘界红线的权属和划定问题,最终形成了道路工程泥石流勘界的合理确定方法。

颗粒材料底面动摩擦系数特征研究

离散态颗粒物质具有明显不同于普通固体的界面摩擦特性,而摩擦系数是界面摩擦特性的主要表征参数之一。通过倾斜仪开展不同级配条件下颗粒材料的滑动摩擦试验,基于视频图像解析以及函数拟合方法,建立滑动位移与滑动时间的最佳函数拟合关系,分析滑动过程的加速度并推算底面动摩擦系数,研究颗粒粒径、质量配比等级配因素对颗粒材料底面动摩擦系数的影响。研究结果表明:(1)各级配颗粒材料的平均底面动摩擦系数随着运动时间的增加均呈线性减小趋势;(2)对于单粒径材料,与粗颗粒相比,细颗粒具有较大的底面动摩擦系数;(3)对于双粒径材料,随着细颗粒含量的增加,颗粒材料的平均底面动摩擦系数先急剧降低至最小值(细颗粒含量≤40%),后急剧增加(细颗粒含量40%~60%),最终增加趋势明显变缓(细颗粒含量≥60%)。

枝柳线卓福隧道泥石流成灾特点与减灾对策

针对卓福隧道泥石流的成灾特点,提出了隧道泥石流的减灾对策,即加强隧道洞口坡面泥石流危险源的识别,以及隧道遭遇泥石流灾害的工程易损性评价分析,积极采取隧道洞口斜坡的坡面排水措施及必要的灾前防御工程措施。