沟道松散物质起动形成泥石流实验研究

为研究震后环境突变条件下的泥石流形成模式和机理,开展震后泥石流防治和预测,根据震后泥石流形成环境特点,设计泥石流起动装置,开展震后泥石流形成模式和机理试验。本研究共进行了25组试验,主要研究了泥石流在不同坡度情况下的泥石流形成模式和机理,结果表明:1)在坡度8°～12.5°情况下,泥石流的形成模式是冲蚀→冲沟→崩塌→堵塞→溃决→泥石流的模式;2)在坡度12.5°～17.5°情况下,泥石流的形成模式是逐渐侵蚀加剧(朔源侵蚀、下切侵蚀和侧蚀),容重逐渐增加形成泥石流的模式;3)在坡度17.5°～25°情况下,泥石流的形成模式是坡面流水→入渗→失稳→下滑→流态化的模式;4)根据孔隙水压力变化特征,不同的起动模式下的土体内部孔隙水压力变化特征不同,孔隙水压力的变化可以解释不同泥石流起动模式的机理特征。根据研究结果,可以对不同起动下的泥石流模式进行不同的防治规划,同时结合泥石流起动过程中孔隙水压力的变化,可以解释泥石流起动的模式,对开展震后泥石流预报提供了参考。

堰塞坝溃口下切过程试验研究

针对堰塞坝溃口下切过程和不同因素对过程影响的问题,开展室内水槽试验。结果表明:溃口下切过程分3个阶段:Ⅰ为溃口缓慢发展阶段,即水流缓慢溢出溃口阶段,侵蚀速率较小,泥沙输移主要以悬移质运动为主,溃口下切缓慢;Ⅱ为溃口迅速发展阶段,表现为溯源侵蚀强烈,溃口底部变化迅速,推移质运动占主导地位;Ⅲ为稳定河床形成阶段,水流速度和流深减小,水流携沙力减弱,河床形成粗化层,最终达到新的水沙平衡。溃口流量与侵蚀的关系表现为:来水流量的加大增加了相应时刻的溃决流量,增大了侵蚀率,缩短了溃决时间,溃口底部趋于平滑;来水流量的加大提高侵蚀率曲线斜率,使侵蚀率曲线向瘦高型发展;随背水坡坡度的增加,溃决流量增大,侵蚀率增加,坝体残留高度降低。另外,因背水坡坡度增加导致坡面土颗粒稳定性的降低可采用水槽坡度与背水坡坡度之和正切值的3次方这一因子反映。考虑堰塞坝材料性质差异性的溃决过程是下一步研究的重点。

中国云南小江流域泥石流暴发与ENSO的关联性

选取典型泥石流发育区云南小江流域为研究对象,利用典型泥石流沟滇北小江流域蒋家沟的长期观测资料,分析了小江流域泥石流暴发与该流域邻近的沾益及会泽常规气象站夏季(6—8月)降水的关系,以及小江流域及其周边地区夏季降水与ENSO的关系。结果表明,蒋家沟泥石流暴发的次数与夏季降水量有显著的正相关关系,而夏季降水和前期的Nino3区海表温度(SST)呈显著的负相关;每年泥石流发生的次数与首场泥石流发生的早晚关系密切,而激发首场泥石流的降水量与冬春Nino3区SST呈负相关;泥石流暴发次数与大雨日数关系密切,而大雨日数与Nino3区SST具有较好的对应关系。这说明冬春季Nino3区SST对小江流域泥石流的暴发次数有显著的影响,形成了ENSO与小江流域及蒋家沟泥石流发生的关联性。分析结果亦表明,Nino3区1月SST与当年蒋家沟泥石流次数具有显著的负相关关系,El Ni～no位相年泥石流少发而La Ni～na位相年泥石流多发。Nino3区SST变化最少要超前泥石流暴发4个月,因而ENSO可以为云南北部泥石流的预测预报提供一种指标信息,从而有可能利用ENSO冬季信息来预测小江流域及其周边地区(滇北)当年夏季泥石流活动。

基于模型试验的震区沟道泥石流阈值研究

合理的雨量阈值模型是保障泥石流及时、准确预警的关键。针对地震扰动区泥石流灾害频发,又缺乏降雨—灾害相关性统计资料,导致难以预警的现状,对目前国内外通行的泥石流预警模型研究方法进行了回顾。以都江堰市王家沟泥石流为研究对象,通过分析泥石流预警区的降雨条件、水文特征及下垫面条件,提出了基于水力类泥石流起动机制来计算泥石流预警雨量阈值的方法。该方法主要根据物理模型试验来确定沟道泥石流起动的临界水深,并结合流域产汇流机制和流域基本参数,计算该流域的泥石流预警雨量阈值。

低幅值应力波在岩石三维节理面的折反射规律理论研究

岩土动力问题中,岩石节理对应力波的传播与能量的传递极大的影响,进而对岩土工程的动力响应特性造成影响。在以往应力波在非连续面传播规律的研究中,较少能够从理论上研究三维节理的复杂表面形态所导致的复杂力学性质对应力波传播规律的影响。为此,基于细观接触理论分析了岩石三维节理的应力-变形本构方程一般形式,分析了平面谐波与三维节理面上的变形与应力之间的变化规律,并基于DDM方法给出P波、SV波与SH波在三维节理面上折反射解析解。在模型研究和理论求解基础上通过参数分析研究了应力波的入射角、节理的交叉耦合变形刚度系数对折反射应力波的影响规律。研究发现,对于三维岩石节理,当本构方程中刚度系数矩阵中的交叉耦合刚度系数非零时,三种简谐波(P、SV、SH波)之间皆可已相互转化,且增大三维节理的交叉耦合刚度系数能够显著的增大转换波的幅值系数,使得同型波反射系数增大,同型波透射系数减小。

泥石流作用下砌体房屋破坏机理与结构优化

针对提高砌体结构这一山区房屋的主要结构类型在泥石流作用下稳定性的问题,分析泥石流对房屋作用特点,提出砌体结构房屋中关键承重结构的破坏模式。以墙体弯曲应力破坏准则为基础,结合泥石流冲击力与流速流深的定量关系,建立基于泥石流流速流深的砌体墙结构破坏模型,找出不同砌体墙的破坏临界条件。结果表明:传统砌体结构抵抗泥石流冲击能力极低,以240 mm厚的墙体为例,当泥石流流速为4 m/s时,一旦泥石流深度超过0.4 m,受到正面冲击的墙体将会发生破坏。在考虑砌体墙结构特性的基础上,提出泥石流危险区砌体房屋优化方案;以七盘沟泥石流灾害调查中的房屋破坏实例,验证了方案的可行性,为提高房屋受泥石流作用影响的抗灾能力提供新思路。

地震扰动区碎石土滑坡滑动能力分析及预测

滑坡规模、形态及地形地貌条件是影响滑坡滑动能力的重要因素。在对汶川地震极震区滑坡详细调查编目的基础上,对都江堰地区51个不同形态地震滑坡的滑动能力影响因素进行了相关性分析,依据相关系数的大小识别出了影响滑坡滑动能力的主要因素。基于最小二乘法原理,采用多元线性回归方法对主要因素进行拟合,获得了研究区地震滑坡的滑动距离预测关系式。研究结果表明:影响该地区地震滑坡滑动能力的主控因素有滑坡体积、滑坡平面形态和滑坡前后缘高差;斜坡原始坡度、坡面摩擦系数和滑坡厚度与滑坡滑动距离的相关性较弱,故认为这些因素对滑坡远程滑动的贡献较少;不同几何形态滑坡的滑动能力主控因素有所差别,对不同形态地震滑坡建立了有针对性的滑动距离预测关系式。