崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链演化特征分析及防治对策研究

某沟谷两岸坡面陡峻,沟谷狭窄,纵坡降较大,在地震、降雨等不利因素影响下,其左岸堆积体上方的崩滑堵沟隐患点可能出现失稳,并发展为崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链。针对此灾害链不同阶段的演化特征,采用相应的数值模拟模型和数值计算方法进行模拟分析和计算,评价其对沟口桥梁工程的影响,并采取相应的防治对策。经分析计算,崩塌滑坡隐患点距沟底高程落差约1 km,岩体体积约8×10^(6)m^(3),平均厚度约26 m,崩塌滑坡堵河可形成最大水深为14.4 m、面积约为7.19×10^(4)m^(2)、方量约为2.74×10^(5)m^(3)的堰塞湖;堰塞湖溃决形成洪水过程中,桥梁处最大水深为4.43 m(不含原始水位),最大流速为7.54 m/s,峰值流量为807 m^(3)/s;在溃决洪水强烈揭底冲刷和侵蚀的条件下,溃决洪水引发的泥石流在桥梁处的最大水深为7.1 m、最大流速为8 m/s、峰值流量为1685.5 m^(3)/s、最大冲刷深度为16.58 m。为减少该灾害链对桥梁工程的影响,采取河道疏通、岸坡防护和监测预警等防治措施。

基于量纲分析的泥石流堰塞坝高度特征研究

泥石流堵河堰塞坝高度直接决定了堰塞湖库容与溃决洪水流量,是影响上、下游受灾程度的关键因素。将影响泥石流堵河的主要参数组合成为4个无量纲因子(体积浓度因子、体积因子、黏粒含量因子、流速比),并通过室内水槽实验研究了无量纲因子作用下高容重泥石流完全堵河形式及堰塞坝高度特征,还构建了直角交汇情况下堰塞坝沟口高度和堵河高度的预测模型。结果表明:(1)根据主支流量比Q、流速比U的乘积可进一步将泥石流完全堵河模式划分为顶冲对岸式(Q×U≤0.045)和连续推进式(Q×U>0.045)两种形式。(2)对泥石流堰塞坝高度的分析表明,泥石流沟口高度与体积浓度因子、体积因子呈正比,与流速比呈反比;泥石流堵河高度与体积因子呈正比,与体积浓度因子、流速比呈反比,而在黏粒含量因子影响下,泥石流沟口高度和堵河高度均呈现先增后减趋势。(3)构建的模型预测精度良好,实际案例与模型对比相结合的方法验证结果显示,预测模型具有一定适用性。研究成果可为泥石流堵河的防灾减灾工作提供参考。

基于SPH-DEM的泥石流冲击刚性防护结构的动力过程研究

泥石流为含有大量泥沙与石块的固液两相混合物,对于山区基础设施安全威胁巨大。在当前的防灾工程中,防护结构常被用于拦截泥石流。然而,目前对泥石流与防护结构的相互作用机理仍缺乏认识。为此,采用耦合的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和离散单元法(discrete element method,DEM)数值模型模拟了水槽试验中含有石块的泥石流运动,其中SPH模拟泥石流中的黏性流体,DEM模拟泥石流中的石块,分析了泥石流对刚性防护结构的冲击过程及冲击力。模拟结果表明,随着水槽倾角由0°依次增长为8°、15°、24°、30°,峰值冲击力增长倍数依次为2.59、4.75、8.88、11.45,倾角越大其峰值冲击力的增长率越大;而随着流体体积的增大,其峰值冲击力增长率也逐渐变大,相较V=0.024 m 3分别增长了0.79倍、1.64倍、3.20倍和4.56倍,但是稳定下来的静态冲击力基本与体积的变化成正比,而石块粒径对峰值水面高程的影响更显著。研究成果为泥石流防护结构的强度设计提供了理论支撑。

泥石流柔性拦挡坝施工技术应用

笔者以昌都市芒康县日瓦村至县道524段地质灾害防治项目为例,探讨柔性拦挡坝在泥石流治理中的应用,详细介绍柔性拦截网施工工艺流程及施工方法,并提出施工安全保证措施。结果表明:柔性拦截网施工快捷便利,维护简单,成本低,具有较强的防护能力。该研究成果可为柔性拦截网在滚落石、飞石、泥石流等拦截方面的应用提供借鉴。

历史上的一次溃决洪水——1482年沁河流域大洪水

据沁河流域九女台洪水题刻水位及相关历史文献记载,沁河流域1482年洪水洪峰流量极大,历时甚长,与该流域一般洪水过程的差异迥然。通过地貌调查,并利用14C测年等方法,对沁河九女台河段进行了详细研究,发现其1482年高洪水位是梯沟口泥石流-崩塌堆积物堰塞沁河主河道的结果。当年由于降雨,使梯沟流域发生泥石流,并导致沟口右岸岩壁崩塌,形成堰塞坝,造成沁河河道阻塞,过水断面减小,九女台附近河段水位壅高,并保持了近40天的时间,堰塞坝最终溃决,导致沁河下游怀庆府发生严重的洪水灾害。

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。

四川汉源康家坡滑坡形成机理与滑坡—堰塞坝—泥石流灾害链分析

2018年8月6日中午12时,汉源县富泉镇西沟发生大规模滑坡,约1.50×10^6 m^3松散碎块石土在前期持续降雨作用下沿西沟右岸高速滑出、解体,并在主沟道内形成堰塞坝,体积约4.00×10^5 m^3。滑坡造成1人失踪,近6.70×10^3 m^2耕地被毁,紧急转移50余人。通过现场实地调查,结合无人机航飞、三维建模、地质、地震、水文、气象等资料,对康家坡滑坡基本特征进行了调查研究,调查表明,有利的地形条件、松散的覆盖层、充沛的前期降雨入渗及溪水对坡脚的冲刷是形成滑坡的主要原因。西沟原本为一条高频泥石流沟,本文在此基础上分析了堰塞坝溃坝的可能性及灾害链成灾模式。

泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究

泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及爬升高度计算公式。为验证理论公式的正确性,进一步开展泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验。研究结果表明:物理模型试验结果与所推导的理论公式计算结果具有较高的拟合度,该理论公式可适用于泥石流对弧形拦挡坝的冲击计算;泥石流流速、冲击力、爬升高度与泥石流沟道纵坡坡度呈正相关关系;冲击力及爬升高度主要受弗洛德数Fr、泥石流沟道纵坡坡度α、拦挡坝弧形半径R控制,并与Fr呈二次方正相关,与泥石流沟道纵坡坡度α的余弦值成反比;与竖向型拦挡坝结构相比,弧形拦挡坝结构在爬升高度上无显著影响,然而可较大程度降低泥石流对坝体的法向冲击力,局部结构增强也使得坝体结构强度得到提升。该研究可为泥石流拦挡坝工程的结构设计提供理论及技术支持。

开口柔性防护网调控泥石流性能试验研究

柔性防护网是防治泥石流灾害的重要工程措施之一,现有防治结构以闭口防护网形式为主,易发生堵塞且调控能力欠佳。为此,提出一种开口柔性防护网结构,并基于理论分析、物理模型试验开展了开口柔性防护网对泥石流的调控性能研究,推导泥石流速度衰减率、爬升高度和柔性防护网拦挡率的理论公式。结果表明:与闭口柔性防护网结构相比,该结构起到了良好的自清洁作用,且可有效调控泥石流速度峰值;所推导的无量纲理论公式计算结果与物理试验结果具有较好的一致性;速度衰减率、爬升高度和拦挡率主要由相对开口高度、无量纲流深、泥石流相对密度和弗罗德数控制;速度衰减率和拦挡率与相对开口高度呈负相关,与泥石流相对密度呈正相关,爬升高度与相对开口高度、相对密度均呈负相关。上述研究可为开口柔性防护网在泥石流防治工程中的应用提供理论及技术支持。

堰塞体堵江对雅鲁藏布大峡谷地区河流地貌的影响

雅鲁藏布大峡谷地区地质灾害频繁,以易贡藏布与帕隆藏布两条支流为主,这2条河流沿岸发生滑坡、崩塌和泥石流易形成堰塞体堵塞河道并形成堰塞湖。基于易贡湖、古乡湖、然乌湖和天磨沟的多年遥感影像以及函数拟合纵剖面分析与野外调查,分析堰塞体上游河床演变过程及其河流地貌学意义。以易贡湖为例,当堰塞湖水深从4 m增至8 m时,估算其单宽输沙能力增加约3倍,但输沙率沿程快速衰减,泥沙进入堰塞湖中发生严重淤积,从而发育较多成型淤积体,同时洪水期水流将原有成型淤积体(如沙洲)冲刷分割为不规则的群体沙洲,使得湖内河床形态持续变化。本成果为研究河流地貌对堰塞体堵江的响应提供了基础。

恰尔阿依格尔沟泥石流堰塞坝溃坝风险及其影响分析

通过对恰尔阿依格尔沟泥石流发育特征、爆发规模及频率、泥石流堵塞克孜河的可能性、规模及堰塞坝溃决洪水演进进行研究,认为:①该泥石流沟依然具备爆发大规模泥石流并堵塞克孜河河道的可能;②如堰塞坝发生溃决,其将对下游造成较大影响。建议建立水情预报系统,以实现灾害预警,并采取工程措施治理该泥石流沟,以策安全。

不同条件下泥石流堰塞坝的溃决过程

[目的]对不同因素作用下的泥石流堰塞坝溃决过程进行试验研究,为泥石流堰塞坝的灾害防治和灾后重建等提供科学支撑。[方法]开展了不同来水流量、坝体形态、黏粒含量、坝高和初始含水量条件下的溃决试验。将漫顶溃决过程分为4个阶段:坡面侵蚀过程、陡坎侵蚀过程、下切和侧向侵蚀过程和衰退过程。此外,分析了泥石流堰塞坝坝体破坏机理,并给出下游坡面泥沙起动临界条件的计算式。[结果]溃决流量与来水流量之间呈非线性正相关;溃决洪峰流量随着背水坡坡度增加而增加;溃决洪峰流量随着坝高的增加而迅速增加,泥石流堰塞坝坝体黏粒含量与溃决洪峰流量之间整体呈现负相关;溃决洪峰流量随着土体初始含水量的增加而缓慢降低,但变化的范围不大。[结论]在泥石流堰塞坝溃决的不同因素中,坝高和黏粒含量影响最大,来水流量次之,背水坡度和初始含水量影响最小。

泥石流堰塞坝研究进展

泥石流堰塞坝是泥石流堵塞河道而形成的一种天然坝。泥石流堰塞坝在形成过程、坝体物质结构与组成、坝体物质侵蚀速率、溃决过程以及洪水峰值流量等方面与滑坡堰塞坝存在诸多差异性。因此,开展泥石流堰塞坝的形成与溃决机理研究具有重要意义。依次从泥石流堰塞坝的特点、堵河判据和坝体溃决过程与机理等方面,对近年来泥石流堰塞坝方面的研究进展进行了比较系统的阐述与总结;指出了当前研究中存在的问题与不足,并提出了泥石流堰塞坝形成与溃决方面需要进一步研究与解决的关键科学问题。

九—绵高速公路鲁家沟泥石流形成机制与数值模拟分析

拟建九—绵高速公路通过四川省平武县木座乡鲁家沟泥石流堆积扇,经调查对拟建高速公路具有危险性。本文通过对鲁家沟泥石流灾害的现场调查,从物源、地形地貌、水动力条件入手,分析了鲁家沟泥石流灾害的基本特征和形成机制:鲁家沟内基岩风化严重,坡积物丰富,共计有松散固体物源量约6.308 7×106m3,雨量充沛,平均纵坡降424‰,水动力作用强,鲁家沟是在暴雨作用下,顺层斜坡失稳破坏,堰塞沟道并溃决形成的泥石流。本文对鲁家沟泥石流做RAMMS:DEBRIS FLOW数值模拟研究得出:在50年一遇的频率下,泥石流冲出量为5.68×105m3,为防治工程设计提供一定依据。

雅砻江中游甲尔沟溃决型泥石流形成机理及危险度评价

通过现场勘查分析,总结了泥石流孕灾背景和甲尔沟泥石流的基本特征,分析了泥石流的形成机理,并在计算泥石流动力特征参数的基础上进行了泥石流危险度评价。研究表明:软硬岩互层的陡峻岸坡崩塌发育,为泥石流的提供了良好的孕灾环境;甲尔沟泥石流是在高山区强降雨条件下、堰塞坝浅层溢流侵蚀溃决并带动主沟两侧的崩滑堆积体拉槽下切形成的;甲尔沟属中度危险泥石流沟。

基于PFC2D的山区中小型水库滑坡堵江模拟研究

水库滑坡是水利水电工程中最严重的灾害之一,尤其对中小型水库而言,直接影响其使用功能。综合众多学者的研究成果,以西南山区黄石盘水库黄角树滑坡为研究对象,分析该滑坡的失稳模式,并以经验法和PFC2D颗粒流模拟法对滑坡失稳造成的堵江高度进行预测,得出PFC2D颗粒流模拟预测滑坡堵江的可行性,对山区中小型水库滑坡堵江预测具有一定的参考价值。

汶川震区映秀镇“8·14”特大泥石流灾害调查

2010年8月14日强降雨过程导致汶川震区映秀镇红椿沟泥石流暴发,泥石流堰塞堆积体堵断岷江主河道,导致河水改道冲入映秀新镇,引发洪水泛滥;造成映秀镇13人死亡、59人失踪,受灾群众8000余人被迫避险转移.由于这场泥石流灾害发生在汶川地震震中区,是地震与降雨共同作用下的结果,研究其形成与成灾过程对于进一步认识强震区泥石流发育特征具有重要的意义.根据现场调查和航空图像解译,分析了红椿沟泥石流流域特征,特别是地震条件下的泥石流物源特征,在此基础上讨论了泥石流起动过程和堆积过程.红椿沟泥石流典型实例表明了汶川震区泥石流已进入一个新的活跃期.因此,应该开展对汶川地震区的泥石流风险评估和监测、早期预警等研究,采取有效的工程措施控制泥石流的发生和危害.

泥石流防治措施与冲击力研究进展

泥石流是一种世界范围内各个历史时期均普遍发生的地质灾害现象,尤其频发于地震多发的山地地区,每年均给人民的生命财产造成重大损失.为了应对这种暴发突然,来势凶猛,破坏力强的泥石流灾害,一系列防治措施应运而生.系统总结泥石流的防治措施.泥石流的防治措施可分为结构化措施和非结构化措施.其中结构化措施包括拦挡坝、拦挡网、导流渠、沉淀池和植被防护措施等,其设计依据可通过泥石流冲击力模型获取.泥石流冲击力模型可分为静力模型、动力模型.非结构化措施即建立泥石流预警和预报系统体系.