基于模型试验的翻坝泥石流铲刮效应研究

汶川大地震后,震区泥石流灾害频发,拦砂坝工程为灾区泥石流灾害防灾减灾发挥了重大作用。但当条件限制拦砂坝库区清淤困难,拦砂坝满库后,翻坝泥石流将加剧对沟道物源的侵蚀铲刮效应。该文以强震区锄头沟“8·20”翻坝泥石流为研究对象,在野外详查、无人机航拍及遥感影像资料收集的基础上,建立室内模型试验,进行25组不同因素(泥石流重度、坝高、规模)组合条件的正交试验,探究了泥石流翻坝后的流速、侵蚀冲刷深度、侵蚀量。研究表明:①翻坝泥石流流速变化经平抛加速→触底减速→涌浪飞溅加速→波动减速4个阶段,随着泥石流重度、坝高及规模的改变,沿程流速发生改变,重度越小、坝高及规模越大,沿程流速越大。②翻坝泥石流极限侵蚀冲刷深度随泥石流重度的减小、坝高及规模的增大而增大。铲刮后沟道的沿程形态变化表现为“全截面淤积(重度≥1.8 t/m^(3))+入沟冲坑+沟道下切开槽+沟口前冲淤堆积”。③坝高及规模一定时,稀性泥石流翻坝后侵蚀量随重度的增大而增大,粘性泥石流则相反;重度一定时,泥石流翻坝侵蚀量随泥石流初始规模的增加而增加。研究结果为泥石流翻坝后侵蚀冲刷机理分析和泥石流灾害防护工程设计提供参考。