黄土堆填场地转化为泥石流物质过程--以兰州市碱水沟为例

黄土地区人工堆填场地是近几年兰州市拓展城市用地空间的一个新举措,在场地边缘形成较多堆填边坡,成为参与泥石流的潜在物质。以兰州市碱水沟“4•19”泥石流灾害为例,结合粒径分析试验、扫描电镜图像及野外入渗试验,探讨其特征及运行模式,并提出相应的治理建议。结果表明:1)黄土地区人工堆填体颗粒粒径<1.000 mm的物质约占11.4%~55.2%,有利于泥石流启动;2)以2个相距170 m的泥位调查断面做比较,下游断面流量增加2.5倍,说明入渗引起的黄土湿陷能促进泥石流物质的转化率;3)入渗试验表明:黄土堆填场地渗透性强,低水头条件下8 min左右达到稳定入渗状态,高水头条件下12 min左右达到稳定入渗状态,能在较短的时间内使土壤软化,影响人工堆填场边坡稳定,提高泥石流物质转化速度;4)黄土地区人工堆积体场地诱发的泥石流流动模式复杂、多变,兼具波状流和间歇流的特点。在此基础上,笔者提出过程管理和重点防护相结合的防治模式。

甘肃积石山强震诱发同震滑坡-泥流灾害链联动耦合致灾效应

近年来黄土区强震和极端天气诱发的典型滑坡-泥流灾害链事件呈多发态势,链式地质灾害较单一灾害隐蔽性更强、波及范围更大、破坏程度更高、损失更严重,因此链式地质灾害防控研究一直是防灾减灾的热点和难点。2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级地震,震源深度10 km,已造成151人死亡。此次强震诱发青海省民和县中川乡草滩村—金田村滑坡-泥流链式灾害,共造成20人死亡,灾害链致死率占地震遇难总人数的13.5%。灾后通过遥感影像处理解译、文献资料整理甄别、无人机摄影航测、野外详细勘查访问、现场采样分析测试等手段方法,对滑坡-泥流链式灾害开展了较全面系统研究,恢复和重现滑坡-泥流灾害链的启动-滑动-流动-堆积过程,探讨提出“滑源区地表冻结阻隔滞水效应、滑源区沟谷整平回填滞水效应、滑源区台地灌溉渗流饱水效应、滑源区振动液化筛选启动效应、滑源区漏斗收口增速启动效应、流通区土体差异流动分选效应、流通区沟岸坍塌补给增流效应、流通区沟底冰封饱水加速效应、堆积区上游渗水补给增程效应”等9大联动耦合致灾效应。该研究可为链式地质灾害的形成机理与防控提供科学参考。

基于证据权法与多源数据的陇中生态脆弱区滑坡敏感性评价——以天水市为例

运用3S技术和数理统计模型开展滑坡灾害敏感性分析评价仍然是当前区域滑坡研究的热点,评价单元、评价因子和评价模型的科学合理选取、确定和构建是滑坡敏感性分析评价的关键。以陇中黄土高原典型生态脆弱区的甘肃省天水市为研究区,基于证据权法(WOE)模型,选取地形因子、地质因子、人类活动因子、生态因子等4类13个孕灾因子,采用2种评价单元(栅格单元、斜坡单元)和2种数据分辨率(30 m、10 m),创建4个不同的滑坡孕灾因子数据集(GU30、SU30、GU10、SU10),并结合研究区详细的滑坡编目数据,开展研究区滑坡孕灾因子敏感性定量分析,并进行敏感性分区评价和结果对比分析验证。孕灾因子敏感性分析结果表明,地层岩性、高程、地形起伏度、地表粗糙度和坡度等5个孕灾因子是区内滑坡发育的关键控制因子,即地质因子和地形因子控制和决定了区内滑坡的形成发育,地层岩性的整体敏感性值最高;敏感性分区评价结果表明,按滑坡点、滑坡面积和ROC曲线分别进行统计分析验证,基于斜坡单元(slope-unit,SU)分区的极高区滑坡占比高于基于栅格单元(grid-unit,GU)分区的极高区滑坡占比,基于斜坡单元10 m分辨率的滑坡敏感性极高区滑坡占比最高,基于斜坡单元10 m分辨率的滑坡敏感性评价结果的AUC值最大,其精度和准确度最高。因此,在滑坡敏感性评价中采用斜坡单元和高分辨率数据具有更高的评价精度效果。研究区滑坡敏感性分区结果与区内实际滑坡发育分布吻合,该分区结果也可为研究区滑坡灾害防治和国土空间规划利用提供技术借鉴。

基于水槽试验的泥石流拦挡坝泄水涵洞调控性能

拦挡坝体上布设泄水涵洞对泥石流破坏力的调控能力问题长期未得到强有力的证实。为此,采用室内水槽试验模拟泥石流对3种类型拦挡坝(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)的作用过程,从中获取拦挡坝坝后泥位、振动加速度、体积含水率和孔隙水压力等力学参数的变化数据,对比分析泥石流拦挡坝泄水涵洞的调控性能。结果表明:拦挡坝布设泄水涵洞会促使泥石流快速完成水石分离,减轻泥位的剧烈变化;加设拦挡坝后,泥石流的振动加速度会大幅减弱,且3种类型拦挡坝的坝后振动加速度数据比较接近,说明拦挡坝是否布设泄水涵洞对其遭受泥石流冲击力的大小几乎无影响,拦挡坝布设泄水涵洞并不会明显降低坝体安全性;Ⅰ型拦挡坝对体积含水率影响大,Ⅱ型、Ⅲ型拦挡坝体积含水率瞬间增大后又快速回落,说明布设泄水涵洞对减小坝前雍水的效果明显;预留泄水涵洞后,可以明显减轻下游坝体的孔隙水压力破坏,达到保护下游坝体的目的。以上试验现象说明,拦挡坝增设泄水涵洞可显著降低泥石流的破坏作用。

基于傅里叶函数拟合的滑坡变形监测分析

滑坡变形监测和预测对滑坡灾害治理决策具有重要的参考意义,而研究计算简便、精度较高的数学模型来分析处理滑坡变形监测数据是关键。以G316线稍子坡段(K2556+345~K2563+000)10#滑坡的深部位移监测数据为例,根据累计位移-深度曲线上突变位置在滑坡纵剖面上确定出滑动面,利用MATLAB软件中的curve fitting tool曲线拟合工具,通过多种拟合函数拟合效果对比分析,确定利用傅里叶函数拟合位移-时间监测数据,并利用拟合曲线进行滑坡变形趋势预测。该方法对小数据量的监测数据能够达到较高的预测精度,并具有计算简便的特点。

甘肃武都区泥石流的分布发育特征研究

武都地区泥石流是内外动力地质营力共同耦合作用的结果,是地貌在夷平作用下长期发育的地质过程之一。通过现场调查研究,武都区泥石流主要集中分布于白龙江及其支流岷江和北峪河等流域。首先,白龙江两岸地形变化剧烈,具有陡峻的地形条件和较大的沟床纵坡比,其可以提供泥石流发生的动力条件;其次,河岸两侧地质构造复杂地表破碎,有丰富的松散固体物质条件,并能源源不断的补给泥石流;最后,该地区易发生短时强降雨,具有可携带大量泥沙运动的、充足的水源条件。泥石流防治在现阶段应将预防放在首位,划分危险区或城建不利地段,严格控制危险区内的各种建设活动。考虑武都区经济建设需要,泥石流应分期分批、循序渐进地开展治理。

泥石流拦挡坝破损分析及优化对策--以陇南市武都区为例

拦挡坝的破损研究是困扰泥石流治理工程的主要难点之一,分析总结拦挡坝破损原因,优化其设计理念十分重要。本文对陇南市武都区16条沟道的65道泥石流拦挡坝破损形式及导致坝体破损的相关条件进行详细调查和统计分析。结果表明:(1)拦挡坝破损形式主要有以下几种(按破损概率由大到小排序),依次为副坝破损、坝肩破损、溢流口破损、基础破损、冲毁(失去功能)、勾缝破损;(2)根据拦挡坝破损特征统计分析,确定其破损主要与泥石流性质、圬工材料、坝体高度、坝体选址、坝肩保护、基础保护和库容淤积等情况有关;(3)导致拦挡坝破损的主要原因总结为对沟道机理认识不足、坝体自身存在缺陷和保护措施不当。在此基础上,从理论研究、工程管理、拦挡坝体系设计、新技术新方法应用等方面着手,提出了拦挡坝防治工程优化对策。

不同粒径级配条件下工程弃渣泥石流启动机理研究

通过开展室内水槽试验,利用孔隙水压力传感器记录工程弃渣泥石流形成过程中的孔隙水压力变化情况,并运用高清摄像机拍摄工程弃渣的运移及骨架颗粒的破坏现象。试验发现:在相同清水流量作用下,堆积渣体破坏方式主要受渣体中粒径为2 mm的砾粒含量影响较大,当粒径大于2 mm的砾粒含量大于50%时,渣体呈现出的破坏模式主要为冲刷破坏造成的顶面下切,孔隙水压力呈现出陡增的趋势,然后处于平缓;当粒径小于2 mm的砾粒含量均大于65%时(即粒径大于2 mm的砾粒含量小于50%),渣体呈现出的破坏模式主要为渗流作用造成的底面冲蚀,孔隙水压力呈现出弧线上升的特征。

甘肃舟曲县牙豁口滑坡发育特征与成因分析

2019年7月16日,位于舟曲—化马深大活动断裂带的舟曲县牙豁口发生滑坡,滑坡长1 920m,宽50~190m,体积212×10^(4)m^(3),为典型的推移式大型长条状断层破碎带堆积层滑坡。滑坡自上而下沿原老滑道分级分块逐步发育形成,滑动历时近50天,最大滑距500m,滑坡破坏X414县道、养鸡场等,并使岷江呈半堵塞状态,影响汛期行洪安全。通过现场调查、监测、无人机测量、岩土试验和收集历史滑坡资料,对牙豁口滑坡形成的地质环境、滑坡发育历史、滑坡分级分块特征、滑动过程和成因进行了系统研究。牙豁口滑坡分为上、下相对独立的两级滑坡。上级滑坡又可分为南支滑块和北支滑块两部分,在老滑坡的基础上长期孕育发展,上级滑坡北支滑块在2013年前就已活动,2019年7月16日上级滑坡南支滑块开始剧烈滑动,并推挤北支滑块前部一同复活滑动。上级滑坡约10×10^(4)m^(3)滑体下滑加载于下级滑坡,下级滑坡于7月24日由上向下逐步扩展变形和滑动,下级滑坡又可分为上、中、下三段滑体,滑坡前缘于8月10日达到岷江边,使岷江呈半堵状态。牙豁口滑坡总体具有孕育历史悠久、滑动历时长、滑动速度较低、分级分块差异性滑动的特点。长期活动的深大断裂带及凹槽状地形、软弱易滑的灰黑色风化破碎炭质板岩、地下水和大气降水的强烈作用、两侧崩滑体的堆积加载是滑坡发生的主要原因。

成县黄渚镇泥石流形成机理及特征

泥石流是黄渚镇常见的地质灾害,具有暴发频次高、暴发突然、破坏性大等特点。基于黄渚镇3条主要泥石流沟的调查和分析,论述了黄渚镇泥石流形成的背景条件、活动特征及形成过程,探讨了黄渚镇泥石流的形成机理和发展趋势,并提出了黄渚镇泥石流灾害治理的总体思路,通过稳、拦、排等治理措施,达到改善生态环境、防灾减灾的的目标。

基于Monte-Carlo方法的边坡稳定性评价

以兰州九洲开发区某边坡为例,采用Slide软件中的Sensitivity Analysis模块,对边坡进行敏感性分析,得出素填土a的重度和粘聚力是影响稳定性的主要因素,而其他岩土体的物理力学性质对计算结果影响不大;利用Probabilistic Analysis模块,进行了基于Monte-Carlo方法的安全系数与可靠度计算,评价了该边坡的稳定性,并与确定性计算结果进行了对比。结果表明:尽管安全系数基本一致,但从破坏概率来说,该边坡在自重状态下,坡体处于稳定状态,破坏概率最大为0.4%;在暴雨工况下,坡体均处于不稳定状态,破坏概率最小为70.3%;而在地震作用下,东段和南段的部分仍可稳定,破坏概率极小,仅为2.7%,评价结论更加可靠和直观,有利于边坡治理方案的优化设计。

泥石流拦挡坝总坝高设定及坝后淤积计算

泥石流沟道治理中拦挡坝总坝高的设定和坝后淤积率的计算涉及治理工程的安全和经济效益,是一个无法回避的难点。以武都区已治理的23条沟道(共布设112道拦挡坝)作为研究对象进行比较分析,采用直线相关的回归方程对经验公式进行优化。结果表明:泥石流沟道运行9~11 a后,武都区43%的泥石流治理沟道总库容淤积和单坝淤积不足50%,属于过度治理;优化后的拦挡坝总高度计算公式既考虑了泥石流沟道治理的安全,又考虑了治理效益的最大化,更符合设计要求;推导的坝后回淤比降计算公式与原沟床建立了线性关系,便于设计人员应用,其计算结果约为治理前沟床比降的0.49~0.61倍,在前人研究的区间内,具有科学性和实用性。以上研究为武都区泥石流拦挡坝设计、创新及管理提供了可靠依据。

隧道弃渣颗粒粒径对泥石流起动的控制作用——以兰州市烂泥沟为例

泥石流物源中的颗粒级配直接影响泥石流的形成机理和起动模式,是泥石流治理工程设计时需要明确的重要参数。隧道开挖形成的弃渣不同于原沟床的泥石流物质,通过对兰州市烂泥沟隧道弃渣和原沟床泥石流物质的颗粒级配、孔隙度、透水性能的差异对比,探讨了隧道弃渣颗粒级配对泥石流起动的影响。研究表明,隧道弃渣松散无黏结,粒径变化范围主要在0.075~60 mm之间,其中>2 mm的砾石级颗粒占总渣量的80.49%~85.07%,平均粒径为8.27 mm,以砾石级为主,黏粒物质几乎没有。隧道弃渣颗粒渗透系数是原沟床泥石流物质的36倍,具有极高渗透性,遭遇一般降水难以起动弃渣堆形成泥石流。结合研究区地质环境特点,构建了隧道弃渣诱发或加剧泥石流的起动模式,据此提出了隧道弃渣诱发或加剧泥石流的治理需按3个阶段进行。

含管黄土渗流变形规律模拟研究

黄土地区油气长输管道管沟回填土及附近区域中发育有洞穴灾害,对管道安全的威胁日益严重.尽管原状黄土、公路与铁路路堤中黄土洞穴的成因机理研究较多,但对含管黄土的渗透变形及洞穴灾害研究却较为匮乏.文章在厘清含管黄土渗流变形流固耦合方程的基础上,构建由原状土、回填土与管道组成的含管黄土渗流变形计算模型.利用Ansys Workbench中Fluent和Transient Structural耦合求解,模拟分析含管黄土中雨水渗流和土体变形规律.结果表明:约3 m宽的管沟回填黄土的渗流速度和变形量明显大于原状土;入口流速、回填土孔隙率与密度的增加均会以不同方式加快管沟回填黄土的渗流变形,进而加速管周黄土洞穴的形成与发展;微地貌起伏汇水区、管沟回填土、原状土与回填土的接触面是管周黄土洞穴灾害易发区.研究结果对揭示管周黄土洞穴成因机理有重要的理论意义,为管周黄土洞穴灾害防治提供参考.

基于改进熵权法和云模型的泥石流易发性评价

为了解决在泥石流易发性评价过程中的随机性和模糊性的问题,选取了一次最大冲出量、泥石流发生频率、流域面积、主沟长度、最大相对高差、松散物源储量、泥砂补给段长度比、日最大降雨量、人口密度、植被覆盖率10个评价指标建立了基于正态云的评判模型。并以三条实测泥石流沟为例,对熵权法进行改进获取了各评价指标的权重,根据实测值利用正态云发生器得到评价指标的隶属度矩阵,再结合权重求得综合确定度,从而判断各条泥石流沟的易发性。

甘肃礼县城市生活垃圾处置研究

城市垃圾的处理,无论对于发达国家还是发展中国家都是个普遍存在而又亟待解决的问题。城市生活垃圾处理的策略应结合城市发展环境、垃圾处理现状条件、垃圾总量、垃圾成分、垃圾处理技术水平、经济承受能力等多种因素综合考虑。礼县经济比较落后,对生活垃圾的处理长期处于落后状态,垃圾填埋处置措施选择填埋法较为适合,可以减少环境的污染,降低处置成本,有利于填埋场的处置管理,并可为我国西部经济较为落后的小型城市生活垃圾处理提供参考。

白鹿塬某黄土崩塌稳定性分析及危害性评价

结合白鹿塬某黄土崩塌现场勘查工程地质资料,采用理正软件对该黄土崩塌边坡进行稳定性分析,得出崩塌体稳定性的相关结论,并对其发展趋势进行预测,同时对其危害性做出评价。

饲草生产机械化与草原畜牧业发展

草原畜牧业发展方式的好与坏,直接关系着牧区经济的发展,甚至决定了牧区的生态环境,对牧区的气候调节也有着重要的意义,而饲草生产机械化是实现草原畜牧业可持续发展的重要保障。因此,有序推进机械化在草原畜牧业的发展,对于草原畜牧业的发展和生态环境的保护是一种双赢的措施。