四川木里县项脚沟“7•5”特大型泥石流特征及发展趋势分析

2021年7月5日,凉山州木里县项脚沟暴发特大型泥石流灾害。文章通过野外调查和特征参数计算,研究了本次泥石流的形成条件、暴发过程和暴发特征。根据实地考察判断,泥石流主要在森林火灾、短时强降雨和沟道地形条件等因素共同作用下暴发,为暴雨径流冲刷引发的火后泥石流。暴雨形成的洪水冲刷坡面、侵蚀沟道,导致沟道两岸坍塌滑坡,堵溃效应明显,泥石流规模扩大。项脚沟过火面积达74.61%,高烈度火烧区面积达57.98%,泥石流临界降雨强度为77.84 mm/h,累计降雨达141.60 mm。根据泥石流特征参数计算结果,此次泥石流密度范围为1.83~1.93 g/cm^(3),属黏性泥石流,主沟下游出口流速为7.22 m/s,峰值流量759.08 m^(3)/s。结合雨洪法和形态调查法结果分析,此次泥石流重现周期为百年一遇。结合泥石流发育趋势,文章认为流域仍有可能暴发大型泥石流,提出了上游固坡、中游调控、下游排导的防治建议。

冰崩涌浪作用下的冰湖溃决过程试验研究

冰崩涌浪是导致冰湖溃决的一个主要的诱发因素之一。通过水槽模型试验,研究了在冰崩涌浪作用下,不同坝体颗粒级配、坝高、下游坝坡坡度对冰碛坝溃决过程的影响,揭示了涌浪对溃决过程的影响机制,并得到了冰碛坝溃决的临界条件。结果表明:冰碛坝存在漫顶溃决、坝坡失稳、管涌破坏3种溃决模式;根据冰崩涌浪对坝体的侵蚀效应,结合溃口的纵向演化过程,将冰碛坝的溃决过程划分为涌浪侵蚀阶段(阶段Ⅰ)、库区小扰动溢流侵蚀阶段(阶段Ⅱ);涌浪过坝后的强水动力条件增加了坝体的侵蚀率,当溃口贯通后,涌浪已基本消散,溃决过程转为正常的溢流溃决,并且涌浪向坝体提供了高频瞬时荷载,削减了坝体稳定性;从动力学的角度提出了冰碛坝临界溃决条件的判定方法;冰湖溃决洪峰流量与坝高和下游坝坡呈现正相关,与坝体中值粒径D_(50)呈现负相关关系。

四川木里“7·5”黄泥巴沟泥石流灾害过程及防治措施建议

2021年7月5日项脚沟七条支沟在连日降雨的情况下相继暴发泥石流灾害,因群测群防体系的高效运转,避免了20户118人因灾伤亡和1421万元的经济损失,实现了成功避险。黄泥巴沟是暴发泥石流的支沟之一,流域面积14.47 km^(2),此次灾害中冲出物规模12×10^(4)m^(3),损毁房屋数间。黄泥巴沟在2020年“3·28”森林火灾中地表植被焚毁严重,导致其泥石流孕灾环境发生剧烈变化,在鲜有泥石流活动的背景下,于2020年和2021年数次暴发泥石流灾害。通过实地调查,得出发生剧烈变化的泥石流孕灾环境和沟口外村寨旧有布局格式之间的矛盾是导致下坪子村受灾严重的关键原因,然后推断整个灾害过程:先前暴发的泥石流冲出物堵塞村寨中部沟渠,随后流出的山洪因无法顺畅排泄而发生大面积漫流,导致村寨所受损失倍增。首要的治理措施是修建一条连接沟口与主河的排导槽并重新规划村寨布局,使泥石流可以顺畅的排泄到主河之中并且使村寨建筑远离泥石流的直进范围。最后分析了此次群防群测体系的成功实践,总结经验以供参考。

不同横断面泄流槽的地震堰塞湖溃决实验研究

堰塞湖的溃决问题是研究堰塞湖的核心内容之一,也是堰塞湖进行排险和处置的重要依据。本文以唐家山堰塞湖为原型,设计室内1:250的近似模型实验,完成了堰塞湖自然溃决实验、梯形槽堰塞湖溃决实验、三角形槽堰塞湖溃决实验和复式槽堰塞湖溃决实验,通过对溃决过程中堰塞坝内部土体体积含水量变化特征、泄流槽侵蚀特征和溃决流量过程的分析,获得以下认识:(1)溃决初期以下切侵蚀为主、后期以侧蚀为主;溯源侵蚀方面,自然溃决表现最强烈,人工辅助溃决实验中溯源侵蚀由强到弱依次为:复式槽、三角形槽、梯形槽;(2)人工辅助溃决在一定程度上削减了洪峰流量,与自然溃决相比减小了7.7%～20.1%,表明开挖人工泄流槽降低坝前水位的措施对于降低堰塞湖溃决风险是可行的;(3)以溃决流量增长率高或到达溃决洪峰时间短为判定溃决初期排泄效率高的标准,对比3组人工槽溃决实验,排泄效率由高到低依次为:三角型横断面、复式横断面、梯形横断面。针对唐家山堰塞湖处置,可在梯形槽基础上开挖三角形槽变为复式槽来进一步提升溃决初期排泄效率。

冰川终碛湖溃决-再生特征与机理

冰川终碛湖溃决引发的大规模山洪泥石流灾害,常给下游沿河一带造成重大人员伤亡和财产损失,受到社会广泛关注。冰川终碛湖一次溃决常未到底,其部分溃决后,残留湖因源头冰川进退、冰舌持续消融致后期湖面面积增大,湖水量增加,作者将这种现象定义为冰川终碛湖溃决-再生现象。以西藏波密米堆沟光谢错和聂拉木章藏布次仁玛错冰湖为研究对象,基于前人研究成果,利用遥感解译方法,分析了光谢错和次仁玛错冰湖面积的变化和冰川末端进退变化的特征。研究表明:光谢错、次仁玛错呈现出冰湖面积增大→溃决缩小→面积再增大的过程,光谢错在1988年溃决后面积已恢复至溃决前的63.6%,次仁玛错在1981年溃决后面积已基本恢复至溃决前的大小;从1980年代末至现在,贡扎冰川、阿玛次仁冰川末端处于退缩状态,终碛湖面积呈扩张状态。结合波密、聂拉木两气象站多年年降水量和年平均气温观测资料进行同步对比分析,初步探讨了冰川终碛湖再生现象的机理:1.冰川末端的前进与后退是冰湖面积变化的主导者,冰舌前进推动湖盆底冰碛物和溃口两侧岸坡垮塌导致堵塞泄流通道,冰川末端的退缩提供了空间条件;2.持续高温与强降雨的耦合作用是冰湖溃决的直接激发条件,持续高温累积是冰川消融冰湖面积增大的主要因素。

四川省会理县“8·30”地震地质灾害分布特征及防治对策

四川省会理县的地貌条件、地质条件和水文气象条件为地质灾害发育提供了良好基础,县域内地质灾害频繁。2008年8月30日("8.30")地震不仅加剧了原有的地质灾害,而且还引发了多处新的地质灾害点。通过发放地质灾害普查表、典型区域的遥感调查和重点区域的专家详查等调查方法,获得地震诱发的新增地质灾害隐患点55处,其中崩塌8处、滑坡25处、泥石流2处和不稳定斜坡20处,新增灾害点主要集中在县域南部高山峡谷区,特别是沿金沙江一带。根据震后地质灾害的调查结果,以2km×2km为单元格对县域内地质灾害易发程度进行分区,主要分为三级地质灾害易发区:高易发区、中易发区、低易发区,分别占全县总面积的42.4%,37.1%,20.5%。最后,提出了建立群测群防网络及监测预警系统实施全面防灾、突发性地质灾害实施紧急防治、重要地质灾害隐患点实施综合防治、加强地质环境管理和实施预防减灾等防治对策。

地震堰塞湖人工排泄断面优化初探

汶川8.0级特大地震诱发了以唐家山堰塞湖为典型的大量堰塞湖,对上下游人民生命财产安全造成了严重的威胁和危害。对震后堰塞湖的处置成为今后次生山地灾害减灾的一大关键性课题。在回顾和总结唐家山堰塞湖的应急排险经验的基础上,对泄流槽纵、横断面的优化进行了初步的探讨。同时在开挖过程中,也应考虑堰塞体组成物质、抗冲稳定性、施工设备等因素选择泄流槽体型。震后5～10年是泥石流、滑坡灾害的活跃期,发生大规模泥石流、滑坡堵江事件的可能性也随之增加,期望研究能够为堰塞湖的排险处理提供一定的技术参考。

汶川震区狭陡型泥石流典型特征与防治

汶川MS 8.0强震发生6年来,震区暴发了数量众多、类型多样的泥石流灾害,其中一类可总结为"狭陡型泥石流",其特征指标及防治对策与震前常规泥石流存在显著差异,给灾后重建和灾害防治技术提出了新的命题。在对(极)重灾区泥石流活跃的五大片区(汶川、都江堰、绵竹、北川、安县)进行大量现场调查和资料分析的基础上,提出了强震区狭陡型泥石流的概念并给出定义,提炼了其在形成、活动及危害等方面的典型特征;通过工程实践,分析了其独特的治理难点及相应的防治对策,介绍了几项极具适应性和有效性的防治新技术,可为强震扰动区泥石流治理研究和工程设计提供一类新的思路和借鉴。

汶川地震后北川干溪沟山地灾害及长期发展趋势初步分析

汶川地震在干溪沟内激发了大量的崩塌、滑坡。根据航空影像数据解译,干溪沟内发育成片的崩塌滑坡91块,总面积10.42 km2,占全流域的28.95%,而暂时没有泥石流活动痕迹。干溪沟内山地灾害在坡度、坡向、高程、断裂距离、地层岩性等方面存在如下规律:1)发生崩塌滑坡的坡度主要分布在30°～50°,随着坡度的增加,发生崩塌滑坡的概率越大;2)崩塌滑坡的坡向主要分布为向南方向;3)崩塌滑坡主要分布在1000～1600 m高程内,其中,1000～1 400 m尤其集中;4)绝大部分崩塌滑坡都分布距离北川断裂2 000 m或距离其他主要断裂1 000 m的范围内;5)T1f+t地层是"5.12"汶川地震的易发山地灾害地层。通过初步分析,预测干溪沟泥石流长期发展趋势为:1)总体呈活动强度下降趋势,可供形成山地灾害的松散固体物质来源总量呈下降趋势,泥石流总量下降;2)活跃期-平静期交替、活跃期逐渐缩短、平静期逐渐延长;3)泥石流活动类型表现震后一段时间内为输移控制型、然后为输移控制型向松散固体物质控制型过渡,最后发展成为松散固体物质控制型;4)汶川地震后第一个活跃期为10～15 a。干溪沟的山地灾害现状及其长期发展趋势分析为下一步制定减灾方案奠定了基础。

“5·12”汶川地震堰塞湖应急处置措施的讨论--以唐家山堰塞湖为例

堰塞湖是地震诱发的次生灾害类型之一。唐家山堰塞湖是"5.12"汶川地震造成的规模最大、潜在威胁最严重的堰塞湖,水利部组织了唐家山堰塞湖应急处置,成功降低了该堰塞湖风险,未造成新的人员伤亡。从该堰塞湖溢流的流量过程曲线和对北川县城的影响来看,还有值得改进的地方。经初步分析,提出改进措施:1.变梯形过流断面为复式断面;2.增大设计纵比降;3.保护泄流槽的进、出口,控制沟道下切速度;4.抛掷人工结构体控制沟床下切速度。为了避免自然排泄的不利影响,提出"人工可控排泄"处理堰塞湖。希望这些措施在以后类似堰塞湖应急处置中能够被参考,最大限度减少灾害损失,减少防灾减灾的社会、经济成本。

汶川地震区泥石流灾害工程防治时机的研究

＂5.12＂汶川地震诱发了大量的崩塌、滑坡等地质灾害,导致大面积坡面的岩土体松动,为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源。在泥石流形成的三大主控因素中,最重要因子已经由震前的短历时降雨量变为松散固体物质量了。由此,在同样的降雨激发下,同一流域将可能爆发比灾前更大规模的泥石流灾害。通过对历史地震后泥石流发展规律的类比分析,结合2008年雨季灾区泥石流活动状况,讨论地震灾区泥石流工程防治的最佳时机。经过初步分析认为,在极重灾区不宜在震后3年内实施大量的泥石流防治工程,而应在震后3～5年实施工程防治;在重灾区和一般灾区,可以在震后立即实施泥石流工程防治。目前地震灾区规划了大批泥石流工程防治项目,覆盖了极重灾区和重灾区。在极重灾区立即实施大批的泥石流防治工程,可能得不到预期的防治效果。建议汶川地震区位于极重灾区的泥石流防治项目宜在3～5年后实施。

不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验研究

为研究坝体颗粒级配对堰塞坝溃决特征的影响,引入平均粒径D50作为主要指标,以不同均值粒径的土体作为研究对象,通过开展不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验,分析堰塞坝体在3种不同工况下的破坏模式和溃决特征。结果表明,1工况3条件下坝体溃决历时是工况1的2.5倍,而溃决洪峰流量减小了约60%,说明坝体平均粒径对坝体的溃决特征有显著影响,平均粒径越大,坝体整体抗冲刷能力越强,溃口发展速度越慢,坝体越稳定,溃决洪峰流量就越小,达到洪峰流量的时间也相对滞后;2平均粒径和渗透系数可拟合成二次函数曲线,随着平均粒径的增大,渗透系数也随着增大;以孔隙水压力的变化特征为依据,把溃决过程分为3个阶段,即上游库水位增加阶段、水流漫顶下渗阶段、坝体溃决阶段。

汶川地震区绵竹小岗剑沟泥石流发展趋势

小岗剑沟是汶川地震区内一条典型的泥石流沟,位于绵远河的左测,流域面积1.36 km2,沟床平均纵比降412‰。该沟在2008年"5.12"汶川地震后多次暴发泥石流,掩埋从沟口通过的汉(旺)清(平)公路,给四川省绵竹市清平乡的地震灾后重建造成重大危害。通过初步分析,小岗剑沟泥石流的形成过程为:暴雨作用下沟因上游良好的汇流条件而产生山洪→山洪冲刷堆积在沟道内的松散固体物质形成小规模泥石流→泥石流沿大比降沟道向下运动,因具有强大动能而具有强大冲刷下切侵蚀能力,下切侵蚀下游沟床质以及沟口的老台地→在沟口形成大规模泥石流。地震后4 a内共暴发泥石流10次,将沟口老堆积体下切侵蚀深度达35 m,泥石流冲出固体物质50×104m3。目前,沟内仍有固体物质量334.3×104m3,可能参与泥石流活动的动储量为156.8×104m3。如此大量的松散固体物源,使小岗剑沟可能还暴发大规模泥石流。通过泥石流形成因素分析,该沟泥石流活动总体呈强度下降趋势,泥石流活动类型:震后一段时间内为输移控制型、然后为输移控制型向松散固体物质控制型过渡,最后发展成为松散固体物质控制型。通过这些分析,为泥石流治理提供科学支撑。

强震-暴雨叠加区小岗剑泥石流灾害特征与防治关键技术

汶川MS8.0震发生6年来,震区泥石流数量增多、性质复杂,而强震-暴雨叠加区的泥石流尤为特殊.小岗剑泥石流位于龙门山断裂带极重灾区绵竹市,且处于四川省两大暴雨区之一的鹿头山暴雨区中心,其灾害特征及防治对策与震前常规泥石流存在显著差异.在对比震区大量泥石流沟的基础上,分析了该类泥石流沟在形成、活动及危害等方面的典型特征,提炼了其独特的治理难点,并在防治设计实践中提出了相应的防治对策.通过竣工后的运行监测,证明各项防治新技术具有较好的适宜性和有效性,可为强震扰动区泥石流治理研究和工程设计提供新的思路和借鉴.

人工结构体控制堰塞湖溃决洪峰的试验与设计

为检验人工结构体对堰塞湖溃决洪峰流量的调控作用,进行了室内水槽模型试验.试验主要针对四面体实体结构、四面体实体结构串、四面体实心框架结构和四面体实心框架结构串.试验结果表明：抛投人工结构体对堰塞湖溃决后期洪峰流量的控制作用非常显著,与未抛投人工结构体相比,4组抛投人工结构体的洪峰流量减小26.6%~61.7%;人工结构体的优选型式依次为四面体实心框架结构串、四面体实体结构串、四面体实心框架结构和四面体实体结构;增大人工结构体的容重能改善堰塞湖溃决洪峰流量的调控效果.

堰塞湖溃决人工结构体滞洪效果实验研究

汶川地震后唐家山、小岗剑等堰塞湖的应急处置中都采用了开挖泄流槽这一措施,但出现了溃决流量超过了下游城镇防洪标准的危险情景。为控制堰塞湖排泄洪水超过下游区域的防护能力,排泄后期在泄流槽中加入人工结构体可能是一种有效的措施。通过室内模型实验,在泄流槽排泄后期抛投不同型式的人工结构体进行流量调控,包括四面体实体结构、四面体实体结构串、四面体实心框架结构和四面体实心框架结构串4种型式。通过抛投人工结构体与未抛投人工结构体的对比实验,发现：1.前者比后者溃决洪峰流量减小了26.6%~61.7%,说明人工结构体在控制溃决洪峰流量方面有显著效果;2.通过流量综合分析,提出人工结构式优选次序为：四面体实心框架结构串、四面体实体结构串、四面体实心框架结构、四面体实体结构;3.从残留体高度上看,未抛投人工结构体的坝体残留高度为原始坝高的1/3,堰塞体后部基本上是冲刷到底,而抛投了人工结构体的坝体残留高度为原始坝高的1/2,说明人工结构体控制堰塞坝下切侵蚀方面有较显著的效果。且从制作工序、制作时间和制作成本三方面,探讨了四面体实体和四面体实心框架结构的适用性,在施工条件许可的情况下,使用四面体实心框架结构更为理想。

非透过性泥石流拦砂坝研究现状及展望

由于泥石流动力过程的复杂性和理论研究的不完善,拦砂坝防治工程中关键参数计算与拦砂坝结构设计仍然存在诸多不足。首先,简要介绍了拦砂坝工程防治的发展历程及其重要作用。然后,从溢流口过流能力计算、坝体所受泥石流冲击力、坝后冲刷深度与基础埋深以及坝体结构稳定性4个方面详细评述了非透过性泥石流拦砂坝研究取得的主要成果及存在的问题。最后,从设计参数计算方法、新型拦砂坝结构、新型抗冲耐磨材料的研发与应用以及拦砂坝防治体系建设等方面探讨了非透过性泥石流拦砂坝研究的发展趋势。

透水型拦挡坝排泄孔开口参数对坝体应力场影响规律研究

基于混凝土塑性损伤模型,建立了透水型拦挡坝三维数值计算模型,根据单因素理论,通过数值计算,揭示了拦挡坝排泄孔及坝趾附近最大拉应力及Mises等效应力随排泄孔高宽比、开孔数量、开孔率及开孔位置的变化规律;并对排泄孔不同开孔率条件下拦挡坝承受的极限冲击荷载进行了研究。结果表明:(1)最大拉应力随高宽比增大先减小后增大,随开孔率及开孔数目的增大基本保持不变,随垂直距离的增大而减小。Mises等效应力随高宽比的增大先减小后增大,随垂直距离的增大而减小,随着开孔率的增大而增大,随开孔数目的增大基本保持不变;(2)开孔会降低坝体抗拉强度且随着开孔率的提高,拦挡坝坝体承受的泥石流冲击力最大值呈降低趋势。该研究成果可为透水型拦挡坝结构设计与优化提供理论指导。

束流型拦砂坝溢流口及其关键参数确定

为进一步优化拦砂坝溢流口体型,确定溢流口几何参数取值,通过物理模拟实验研究了不同拦砂坝溢流口体型条件下泥石流过坝的流态、坝后冲刷深度、消能率变化规律,并根据拦砂坝埋深设计标准与松散体水下临界平衡关系,探讨了溢流口收缩率的合理取值范围,结果表明：采用斜面或者大倾角的反弧型溢流口时,坝后泥石流落点与坝脚的距离近、冲刷深度大,而采用无倾角的反弧型溢流面时,不仅可以在一定程度上减小冲刷深度,而且大大增加了坝后泥石流落点与坝脚的距离;在泥石流规模与溢流面曲率半径相同情况下,适当增大侧向收缩率,有利于增强泥石流体与坝后动床之间的相互作用,提高泥石流通过坝后冲刷坑的消能率;当溢流口收缩率在0.2～0.6之间时,冲刷深度满足设计要求,且泥石流跌落点距坝脚较远,冲刷坑发展不会危及坝体安全。

泥石流中漂木的运动和拦截特征

泥石流中携带的漂木往往具有很大的冲击破坏力,并且在沟道突缩处容易堵塞形成临时堵塞体造成严重的次生灾害。考虑漂木尺寸、漂木量以及泥石流密度等因素对漂木的影响,通过理论分析和模型试验研究了漂木的输移和在沟道突缩处的堵塞规律。通过理论分析和试验结果分析发现:漂木在泥石流流体表面向下游运动过程中由于两端受力不均匀会发生旋转使其长轴方向趋于平行于上游泥石流流向,这一现象随泥石流容重变小越明显;漂木尺寸对漂木拦截率有一定的影响,在漂木相对长度比L/B≤0.75时,对漂木拦截率影响较小,漂木被拦截的类型均为盲区停积型,漂木相对长度比0.75<L/B<1时,漂木拦截率增大,但是在漂木相对长度比L/B=1时,由于发生堵溃现象拦截率下降,随后漂木堵溃现象减弱,拦截率又逐渐增高,此时拦截类型主要为横向拦截型,理论分析和试验数据较一致;漂木量对漂木拦截率也有较大影响,在总体上,漂木拦截率随着漂木数量的增加而增加,当漂木数量N<120时,被拦截数量较少,漂木的长度对其基本没有影响;漂木数量N>120时,随着漂木数量的增大,多根漂木同时到达沟道突缩处的几率增大,漂木拦截率增大。综上可知,泥石流容重、漂木数量和漂木相对长度对漂木的堵塞均有较大影响,探讨漂木在泥石流中的输移和堵塞规律以及了解漂木致灾特征以及工程防治具有重要的指导意义。