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。

“8·8”地震对九寨沟景区泥石流灾害防治的影响

“8·8”地震在九寨沟景区内诱发了大量崩塌滑坡,为景区内泥石流的活动提供了丰富的松散固体物源。经历2017年和2018年两个雨季后,九寨沟风景区内有22条沟暴发50余次山洪泥石流。由于泥石流对景区植被的破坏,也表现出漂木型泥石流特点。地震后,九寨沟风景区内泥石流防治面临严峻的考验,通过对景区典型泥石流防治工程现状的分析,指出目前防治工程存在着震前工程结构物使用年限长、受地震作用局部受损、设计标准低等问题,提出了九寨沟风景区泥石流灾害生态化防治的几点原则和建议。

基于考虑时变性的宾汉姆流体的渗透注浆机理研究

结合宾汉姆流体的流变方程与流体粘度的时变性特性,建立了考虑时变性的宾汉姆流体的流变方程与渗流运动方程,并在一些假设的基础上,推导考虑时变性的宾汉姆流体的球形及柱形渗透注浆机理,通过设计两组室内注浆试验对其进行了验证。试验结果表明:由考虑时变性的宾汉姆流体的渗透机理公式计算出的理论扩散半径与试验实际测量的扩散半径虽然有20%左右的差异,但处于可接受误差的范围内,因而在总体上能够较好地反映考虑时变性的宾汉姆流体的注浆渗透规律,对注浆设计、施工和理论研究等方面具有一定的参考价值与指导作用。

细颗粒迁移在泥石流形成过程中的作用

针对松散物质异常丰富孕灾环境条件下泥石流的形成过程和泥沙来源,设计了人工降雨条件下泥石流形成试验,主要获得以下结果:1.震后孕灾环境条件下泥石流的形成首先需要细颗粒的起动,然后夹杂大颗粒运动,径流量快速增加,并伴随着沟道堵塞-溃决现象,形成阵性泥石流;此后随着细颗粒的迁移,沟道粗化现象严重,泥石流现象逐渐消失。2.坡面首先对降雨开始响应,发生崩塌形成堰塞体,对沟道侵蚀产生较大影响,并伴随着坝体松散物质溃决向下游迁移。3.泥石流的泥沙主要来源于沟道中下游,其次是沟道中上游和源头坡面,三处的泥沙来源占到70%以上。4.土体对降雨的响应明显,孔隙水压力和含水量在不同时间段和不同部位变化曲线具有明显差异,并出现一定的波动特征,其不仅受到降雨的影响,同时对土体细颗粒含量和土体结构也有明显响应。5.细颗粒在泥石流的形成过程中扮演者非常重要的角色,其位移和汇集均对流域地形的演化和泥石流的形成产生影响。在泥石流形成预报时,应考虑土体细颗粒含量,不同的细颗粒含量其泥石流起动时临界含水量和孔隙水压力差异较大。

泥石流梁式格栅坝泥砂粒径调节试验研究

梁式格栅坝是泥石流防治工程中一种常见的透过型拦砂坝,具有拦粗排细的独特功效。通过室内水槽模型试验,探究了梁式格栅坝对泥石流泥砂粒径的调节特性。研究表明,梁式格栅坝在试验工况下均表现出一定的粒径调节作用,但在不同条件下差异明显,对于水石难分的高容重泥石流难以达到较好的粒径调节效果。分析认为,透过型拦砂坝的粒径调节可能是其容重调节的原因,坝体拦截了大部分粗颗粒物质,使泥石流体的结构变化,导致泥石流浆体能悬浮和输移的最大颗粒粒径变小。其次,提出了一种可用于透过型拦砂坝泥砂粒径调节效率的评价方法,并对比分析了该方法与现有常用评价方法的优势与合理性;基于模拟试验结果,通过多元非线性拟合,得到了新评价方法下考虑泥石流性质、过坝前运动状态和坝体尺寸的影响因素的泥砂粒径调节效率计算公式,可为梁式格栅坝设计中粒径调节效率的预测评估提供参考。此外,试验发现,梁式格栅坝泥砂粒径调节效果还受其拦截泥石流时的闭塞表现的影响。

气候变化影响下林芝地区泥石流发育规律研究

从气候变化出发,介绍藏东南林芝地区泥石流类型、分布及活动特征,确定泥石流形成条件和临界指标,揭示林芝地区泥石流发育规律。温度和降水波动性变化以及不同水热组合影响林芝地区泥石流发育。冰川泥石流在温度升高或降雨增大情况下都有可能被激发。日降雨量<5 mm时,主要为温度激发的冰雪消融型泥石流;日降雨量5～10 mm时,主要为冰川降雨型泥石流;日降雨量>10 mm时,为降雨型泥石流。冰川泥石流在升温条件下发生次数占80%以上,降温条件下约占20%;降雨型泥石流在升温条件下发生次数占60%,降温条件下占40%。从激发泥石流的规模、次数和灾害大小看,高温多雨年代和低温多雨年代都有利于泥石流发生。

在地震作用下碎石土滑坡抗滑桩的抗震加固作用机理研究

本文利用弹塑性动力固结大变形有限元模型,采用非线性分析的方法对比研究在地震荷载作用下的碎石土滑坡的抗滑桩在坡脚和边坡中部的抗震加固效果。研究结果表明:设置在边坡中部的抗滑桩相对于设置在边坡下部的抗滑桩对整体边坡土体位移支挡最有效。不同高程点动弯距的变化趋势基本相同。在同样条件下中桩位抗滑桩的静力、动力弯矩大于桩位在坡脚的抗滑桩相应位置的弯矩,表明中桩位加固位置可以更有效发挥抗滑桩的抗弯承载能力。从提高边坡稳定性和抗滑桩的抗滑效果来看,边坡中部的抗滑桩抗震加固效果较好。

干热河谷区紫色土玉米季协调农学、水体环境和经济效益的容许施肥量

选取玉米为紫色土区典型种植作物作为研究对象,设置不施肥、常规施肥量(750 kg/hm^2)、常规施肥量的0.5倍、1.5倍、2.0倍和2.5倍6个施肥水平,通过野外坡耕地小区试验和试验室内分析试验,分析玉米典型生育期内不同施肥量对作物产量、生长特性、淋洗液和径流中氮、磷的流失特征的影响,并基于肥料施用量与肥料中氮素和磷素的去向的试验数据,构建干热河谷区紫色土玉米协调农学、水体环境和经济效益的统一经济指标和评价模型。研究结果表明:在玉米生长期内,施肥量为0~1870 kg/hm^2时,叶面积指数发展动态表现为前期上升快、后期下降慢的趋势。玉米生育期株高和产量均随着施肥量从较低到适中的增加而递增,且达到较高施肥处理(常规施肥量2.5倍)时株高降低。不同施肥处理下径流和淋洗液中的总氮和总磷在整个玉米生育期内的变化呈现出同一趋势,均随着施肥量的增加而流出量增加。运用该模型,分别计算了玉米肥料的边际产量效应和富营养化效应,得到干旱河谷区紫色土玉米协调农学、水体环境和经济效益的容许施肥量为1154~1176 kg/hm^2。

考虑共同作用下的筏板基础厚度的设计方法研究

由于工程界中对于筏板基础缺少研究,不了解其具体的受力特性,在筏板基础设计方面缺乏成熟的设计理论和计算方法,筏板基础仍按常规筏基的设计方法进行设计,往往造成筏板过厚,使基础造价过高,产生很大的浪费。根据高层建筑上部结构、基础和地基共同作用的基本原理,提出一种筏板基础的计算方法,考虑了多种因素影响,比较符合基础的实际受力状况。本文研究了空间框架-筏板-地基共同作用时筏板基础的受力和变形性能,并利用有限元方法完成三维模型的数值分析。应用筏板基础的非线性分析方法,考察了影响筏板基础受力性能的混凝土强度等级、筏板基础厚度以及筏土刚度比等因素对筏板基础的受力特性的影响,通过数值计算,对筏板基础的优化设计进行了分析。通过这些结论对设计提出有利的建议,从理论上可以使筏基达到优化设计的目标,其直接结果可以使筏板减薄,降低基础造价。

帕隆藏布江上游冰湖分布及其变化

利用高分辨率遥感影像的判读,结合现场调查、校核和前人资料分析,研究了西藏自治区帕隆藏布江上游然乌—培龙段冰湖的分布变化规律。结果发现:(1)该区有大小冰湖131个,其中面积>0.01km2的有99个,最大冰湖面积达到0.976km2。(2)99个面积>0.01km2的冰湖中冰碛湖最多达68个,占68.7%;分布于海拔4 500～5 000m的冰湖有53个,占53.3%。(3)可对比的83个冰湖中,冰碛湖总面积2005年为7.21km2,较1988年的7.03km2仅增加2.56%。其中,面积减小的有45个,占54.2%,面积增加的38个,占45.8%。(4)近18a来,该冰湖区总面积变化很小,但部分冰湖面积增大异常,受海洋性冰川影响,在该区域内出现大范围冰湖溃决的可能性很小,但暴发零星冰湖溃决的可能性很大。

基于力矩法的元谋干热河谷冲沟沟头土体稳定性模拟与验证

元谋干热河谷冲沟活跃沟头具有"跌坎陡立、内凹洞发育、溯源侵蚀剧烈"等特征,土体崩塌是沟头溯源侵蚀的主要过程之一。该文综合考虑沟头形态特征和裂缝发育等因素,基于力矩分析方法,模拟研究了干热河谷冲沟沟头土体稳定性。结果表明,沟头土体稳定性受土壤含水量、内凹洞发育高度、裂缝发育深度及其距沟壁的距离等多个因素影响。沟头土体稳定性系数,随土壤含水量和裂缝发育深度的增大呈显著指数函数降低,随内凹洞发育高度的增大呈显著线性函数降低,随裂缝发育距沟壁距离的增大呈二次多项式增大。以土壤含水量作为标准对模拟结果进行了检验,发现沟头土体失稳崩塌时,崩塌体和崩塌面实测的土壤含水量分别为模拟值的69.8%~87.6%和82.0%~95.5%,评价结果较为可靠。崩塌面土壤含水量与模拟值更为接近,说明裂缝发育对沟头土体稳定性非常重要。研究结果可为元谋干热河谷沟头土体崩塌预测及沟头治理措施制定提供重要的理论参考。

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。

G318川藏公路段泥石流危险性评价

以野外调查为基础,选取坡度、地表起伏度、岩石抗剪强度指标(内摩擦角与粘聚力)、距断裂距离、地震烈度、岩体风化程度、最大24 h降雨量、年平均气温、土地利用类型等10项指标作为基本判别因子,分析泥石流对影响因子的敏感程度。研究表明,G318川藏公路最有利于泥石流发育的条件为:1.坡度:20°～35°;2.地表起伏度:100～300 m;3.岩石抗剪强度指标:内摩擦角<35°,粘聚力<25 MPa;4.岩体风化程度:>0.4;5.距断层距离:0～10km;6.地震烈度:大于Ⅶ度;7.土地利用:荒漠草原、冰川、裸岩砾石、坡草地;8.年平均气温:<8°与10°～12°;9.最大24 h降雨量:>40 mm。结合GIS与信息量模型分析G318川藏公路段沿线泥石流危险性,研究结果表明:公路大部分路段处于中度、高度与极高度危险区,三者面积之和占总面积的71.99%,范围较大,主要分布在大渡河、金沙江、澜沧江、怒江、帕隆藏布江等大江大河的深切峡谷区;基本无危险区范围较小,主要位于成都平原和高原面路段,仅占总面积的4.21%。研究成果与实际灾情吻合,可为川藏公路泥石流风险评估及新路选线提供科学依据。

串珠状堰塞湖级联溃决对汶川震区河流演化的影响

"5·12"汶川地震震后3年多以来,串珠状堰塞湖群的形成和发展,对震区河流演化的影响重大。通过对汶川地震灾区岷江支流——渔子溪的耿达—映秀河段的野外考察发现,堰塞坝对河流挤压造成异岸冲刷,河道横向展宽或弯曲;多堰塞湖河段河床抬升强烈;部分堰塞坝由于未完全溃决而逐渐发育成尼克点,从而形成阶梯状河床。鉴于野外考察的局限性,通过野外水槽实验初步探索了堰塞湖级联溃决的动力学特征,堰塞湖级联溃决放大了山区河流洪水的峰值流量,从而加剧了河流沿程冲淤程度,更有利于梯级河床的形成。探索多堰塞湖河段堰塞湖级联溃决情况下的河床演化规律,旨在为地震灾区河道修复及灾后恢复重建提供科学指导。

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。

工程弃渣泥石流易发性评估方法

为了对工程弃渣转化成泥石流的可能性进行评估,针对工程弃渣特点,在考虑自然沟道泥石流活动情况的基础上,叠加弃渣场局部环境特征、弃渣体堆积特征及物料特征等三方面共计12个评价指标,运用层次分析法确立指标的权重,利用黄金分割法为各指标定量赋值,通过计算弃渣泥石流易发性指数RQ来评估工程弃渣泥石流的易发性,将评价结果分成4级:高度易发、中度易发、低度易发和不易发,并通过对长江三峡巴东县黄家大沟工程弃渣泥石流与重庆奉节李家大沟弃渣泥石流易发性进行评价,结果显示黄家大沟弃渣泥石流易发性指数为0.602(偏保守估算),属于中度易发,与实际发生泥石流较符合;李家大沟弃渣泥石流易发性指数为0.707,属于中度易发,与弃渣稳定性理论计算评价结果一致,验证了该方法的准确性和可行性。

岷江上游“7·10”泥石流对公路的危害方式及成因

2013-07-10,岷江上游暴发大型群发性泥石流灾害,泥石流以淘刷、冲击、淤塞、压顶、磨蚀等方式对地震灾区公路直接造成严重破坏,其引发的溃决洪水、河床上升增大受灾范围,加重了灾害损失。分析了泥石流对道路工程的成灾方式:对桥梁工程破坏包括淤塞、淘蚀基础、冲毁等;对路面路基工程破坏包括淤埋、淘刷路基、冲毁等;对隧道工程破坏包括堵塞隧道洞口,破坏洞口墙体并引起衬砌支护结构破坏,损毁隧道内附属设施等;对明洞、棚洞工程破坏包括堵塞洞口、冲毁洞口结构,磨蚀洞顶,压顶并引起衬砌支护结构破坏,损毁排水、通风、电力附属设施等。分析了泥石流造成道路严重损失的原因,其中,公路工程选址不当、风险估计不足,桥涵过流净空不足,泥石流防灾措施不完善,泥石流的严重冲刷、冲击作用是主要原因。针对泥石流危害公路的特征和地震区泥石流防治中存在问题,提出了地震山区公路在灾后重建与道路规划中的减灾措施。

汶川县古溪沟“7·10”泥石流形成特征及防治工程的影响

通过对2013-07-10汶川古溪沟泥石流灾害的现场调查,从物源、地形和水源条件入手,分析了灾害成因与形成演化过程。堰塞体失稳补给、坡面泥石流入汇和沟道侵蚀是这场泥石流的三种物源形式,充沛的前期降雨和短历时强降雨是本次泥石流的诱发因素,陡峻的支沟地形促进了泥石流的加速,沿途松散物质补给,导致泥石流流量不断放大,峰值流量最大可达1 063 m3/s。主支沟泥石流呈明显的阵流特征,原因在于各支沟泥石流起动条件不同,沟道中地形条件的差异和防治工程的分布,以及各支沟汇流长度存在区别。泥石流总规模约为100×104m3,防治工程拦挡了60%的泥石流体,并拦截了泥石流中的大石块,降低了出口峰值流量和流速,同时避免了各条支沟泥石流同时到达而流量激增。沟口泥石流峰值流量约为722 m3/s,约40×104m3泥石流冲出沟口,下游泥石流破坏形式以淤埋破坏为主。本研究可为此类面积较大、修建有防治工程的流域泥石流形成和减灾提供参考。

交错齿槛槽排导粘性泥石流的试验

排导槽是一种结构简单、效果明显、用途广泛的泥石流防治措施,在总结东川槽、"V"型槽等现有排导槽槽型优缺点的基础上,结合一种新槽型——交错齿槛型泥石流排导槽展开试验研究。提出排导槽排导指数概念,即直接反应排导槽排泄能力的参数。利用室内水槽模型试验,通过改变交错槽纵比降、齿槛间距、夹角等参数,得出排导指数与上述参数的关系,试验结果表明:1.与东川槽相比,交错齿槛槽的排导能力有大幅度的提升,最大增幅达74%,表明交错齿槛有较强的挑流排泄能力,能有效解决东川槽等存在的淤积难题;2.不同比降下,交错槽主要设计参数组合存在差异,其中10%与15%比降下,60°齿槛间距为30 cm时,交错槽的排导指数最大,排导能力最强;而12%比降下,60°齿槛间距为40 cm为最优组合;3.小角度齿槛(60°)齿槛挑流排导能力较大角度(80°)更强,更适合坡降较小的排导槽;齿槛角度越大,齿槛的挑流能力有限,阻流作用越明显,对需控制流速及洪峰流量的泥石流,可考虑采用大角度齿槛。

土壤与植被间物质组成的协容特征──以稻田与水稻为例

土壤与植被总是相互作用、协同发展,其相互作用机制的研究对土壤和植被的管理都有重要意义。为了深入揭示土壤-作物系统中作物产量和品质的形成和维持的机制,为因地制宜实施土壤-作物系统的管理提供科学依据,根据土壤与植被间相互关系的研究文献,并以稻田-水稻为例,从稻田土壤养分与水稻的产量、品质以及元素信息这3方面的关系特征,阐述了稻田土壤与水稻主要特性间的协容特征。土壤类型和土壤养分的空间差异都会造成产量的差异,同时,不同的土壤类型由于营养元素的不同对稻米的各品质指标也有影响。近年来,学者们展开了利用元素指纹分析技术鉴别水稻产地的研究,虽然直接将水稻元素与当地土壤元素结合的研究较少,但已有研究表明水稻的元素信息带有该地区土壤的信息。因此,一方面,不同的土壤类型或养分状况会影响水稻的产量和品质,另一方面,水稻谷粒的元素组成又能反映出一定的土壤信息。这说明任何一个地区的稻田和水稻都有其特性,形成一个协容的系统。