汶川地震引发的次生灾害链

汶川地震造成了大量的滑坡、崩塌,并诱发了多种地质和生态灾害链式发生。2008—2009年期间,在汶川地震震区开展了野外调查与试验,研究了各种不同的灾害链的形成条件及其链生机制。识别出了4种类型的灾害链,并重点研究了7起灾害链事件。发现灾害链中,每一级灾害事件都由其前一级灾害事件诱发。各级次生灾害造成的物质搬运量都远小于其上一级灾害所造成的物质搬运,灾害性沿灾害链呈现逐级衰减的趋势。由此定义灾害链衰减率为灾害链中某级次生灾害所造成的物质搬运或者灾害影响区面积与其上一级灾害所造成的物质搬运或灾害影响区面积之间的比值。汶川地震引起的次生灾害链衰减率在2%～30%。采用底栖动物作为指示物种,评价次生灾害链对震区河流生态造成的影响,发现受灾害链影响的河道中,底栖动物物种数急剧降低,生物多样性下降。

西藏古乡沟泥石流堰塞湖演化规律

西藏东南地区地质灾害频发,历史上曾多次发生过泥石流阻塞河流形成堰塞湖的灾害事件。但是对西藏东南地区堰塞湖的研究多针对长时间大尺度的古堰塞湖的研究,而对短时间高分辨率的泥石流堰塞湖演化规律的研究尚显不足。古乡沟是帕隆藏布江的一条支流,泥石流规模大,爆发频率高,曾两次阻断帕隆藏布江。通过对古乡堰塞湖段的河床结构测量和沙洲钻孔取样,计算了古乡沟泥石流阻断帕隆藏布江后对泥沙淤积速率和山区河床结构的影响。

阶梯-深潭消能率的模拟研究

以山区河流天然的阶梯-深潭系统为研究对象,进行了不同流量情况下的阶梯-深潭消能率的对照模拟研究.实验表明,阶梯-深潭水流经过阶梯段跃起,紧接着跌入下游的深潭段,在深潭段水流的紊动扩散、翻腾旋滚和碰撞剪切作用下,水流速度急剧减小,控制了河床持续下切;实测天然小流量情形下的阶梯-深潭消能率可以高达95%以上,数值模拟大流量情形消能率也均高于80%,充分的耗散了水流能量,对河床、岸坡的稳定起到了显著的保护作用.

溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体变形机制分析及稳定评价

通过分析其地表变形特征、滑带变形特征、孔隙水压力变化特征,结合堆积体的地质结构并辅以极限平衡计算的验证,阐明堆积体蠕滑变形机制,评价堆积体的稳定状况,为工程治理措施的制定和实施提供可靠依据。研究结果表明:堆积体由于开挖扰动导致沿古滑带发生剪切错动变形,在坡体内形成自下而上微裂缝,改变地下水渗流路径,微裂缝临近滑带一定高程范围内充水,微裂缝内的地下水对滑动体产生静水压力,同时增大滑带处的静水压力,降低堆积体的稳定性系数,导致其急剧变形。当削坡结束且排水洞修建完毕后,微裂缝愈合,静水压力消散,堆积体变形趋缓。研究成果对今后类似边坡的监测资料分析、变形机制分析、工程治理措施具有参考意义。

芦山地震引发的重力侵蚀分析

芦山地震造成了大量崩塌、滑坡。实地调查和相关资料分析表明,芦山地震重力侵蚀数量上以崩塌为主,规模小;滑坡少,但是规模较大。这些侵蚀主要发生在山体的上部和窄深峡谷内。较大规模的崩塌滑坡体均分布在流水深切的窄V型河谷段,岭谷高差越大,山体越陡,表现越明显。芦山地震崩滑的规模与分布首要控制因素是河谷地形地貌;崩塌滑坡分布与断层的距离相关性不如汶川地震明显。河谷深切使得潜在崩滑体具有较大单位崩滑势能,在强震影响下容易出现失稳。在芦山地震释放能量相对较小的情况下,崩塌滑坡发生需要更大势能和更大坡度。由于芦山地震区河谷下切不如汶川地震区强烈,地震震级较小,芦山地震的重力侵蚀总量仅为汶川地震的千分之一。

闸坝地基岩土体各向异性渗流边界条件的影响分析

渗流运动数值模拟计算结果的精度与边界条件的处理关系密切,在各向异性渗流情况下分析了边界条件选取对计算结果的影响程度,将水利工程中各向异性渗流常见的边界情况概化为四类数学模型并进行了数值模拟计算。结果表明,边界附近区域的水头分布受边界条件的影响最为明显,呈很强的非线性,边界条件的不同也会影响各向异性区域内部流速分布和渗流量。

阶梯-深潭结构旋涡辅助消能机理初探

阶梯-深潭系统的消能作用主要集中在深潭内,这是与深潭内水流的复杂流态有关的。梯上水流跌落深潭,与潭内水流发生碰撞,进而下切,引起旋滚、翻腾、紊动等一系列利于能量交换的现象。水流在深潭内经历急流向缓流转变的过程,能量随之被消刹在潭内,进而流向下游,达到消能的目的。在潭内复杂流态的分析上,旋涡的分析是具有代表性的,潭内无论出现横轴旋涡或者立轴旋涡,从它们与潭内水流翻滚摩擦以及旋涡间互相影响的角度来说,都是有利于消能的。

阶梯-深潭结构潭底压力特征研究

以山区河流天然的阶梯-深潭结构为研究对象,采用k-ε双方程紊流数值模拟方法,研究了不同流量下的阶梯-深潭结构潭底压力特征与河床结构安全相关的性质。4个数模工况实验数据均表明阶梯-深潭结构深潭底压力分布较为均匀,在潭底的压力分布呈现类似圆圈状闭合曲线状形式,保证了潭区压力分布的均匀性和合理性,同时也促进了能量高效均匀耗散。此外,阶梯-深潭结构主动调整潭区结构以及水深分布,形成水垫促进压差分布趋于平稳,阻止了因大流量工况下能量积聚、压力集中对河床结构造成直接被冲毁情形的发生,有利于河床结构的稳定和安全。

阶梯-深潭流场结构特征研究

以山区河流天然的阶梯-深潭结构为研究对象,采用k-ε双方程紊流数值模拟方法,研究了不同流量下的阶梯-深潭结构深潭底部流场结构与消能相关的性质。实验表明:阶梯-深潭结构的环流区发展可增加水流在深潭区的滞留时间,促进剩余能量的耗散,对河床的安全和稳定极为有利。在深潭区,主流转换为涡漩流的过程中紊动特别强烈,能量耗散高效且均匀,阻止了因能量的积聚而造成的河床直接被冲毁情形的发生。此外,阶梯-深潭结构通过感知不同的流量情形和结构的自稳状态,优化结构使水流形成平稳的流场且压力分布趋于均匀,促进了结构的稳定和安全。

绵远河流域地震侵蚀与泥沙输移特征

汶川地震引发大量的崩塌滑坡、泥石流,为震区河流提供了丰富的泥沙来源。对处于地震极重灾区的绵远河流域进行了地震侵蚀与流域内的泥沙输移状况的调查统计。绵远河山区河段地震时产生了1.15×108 m3的松散堆积物,相当于正常年份土壤侵蚀量的约100倍。5a实地调查的结果显示,崩塌滑坡体绝大部分堆积在支沟中。在震后水文气候条件不变的情况下,松散堆积物中占多数的大粒径颗粒超过了河流输运能力,仅少量细颗粒物质以悬移质形式被输送到下游。研究表明,虽然绵远河上游地震侵蚀产沙总量巨大,但汶川地震后与震前进入绵远河平原河段的泥沙量变化不大,近期内对绵远河下游及沱江的泥沙输移没有明显影响。

各向异性渗流模拟的延迟修正方法

各向异性渗流渗流的数值计算时,当主渗透方向与坐标轴交叉时,系数矩阵的对角不占优往往使计算难以进行。从各向异性渗流控制方程本身出发,将由于主渗透方向与坐标轴不一致而产生的、易导致矩阵对角不占优的交叉项移至源汇项中,采用延迟迭代方法逐步逼近原方程的解,增强计算的稳定性,同时提高了求解结果的精度,较好的解决了带有交叉项的各向异性渗流数值求解问题。

汶川地震引发的次生山地灾害链及人工断链效果——以小岗剑泥石流沟为例

汶川地震后,小岗剑沟由于滑坡、崩塌产生了大量松散物质,其地势陡峻,暴雨频率高,2009—2011年连续暴发10场泥石流,损毁公路,规模大时会堰塞绵远河,形成以频发性泥石流为主的典型地震次生山地灾害链。2012年完成泥石流治理工程,同年8月小岗剑沟再次发生泥石流,破坏了部分工程。以小岗剑沟为例,通过整理现场采集的图片和数据,并对比以往资料,研究次生山地灾害链链式反应过程以及经过工程治理后的灾害链人工断链效果。研究表明:小岗剑沟频发型次生灾害链的衰减不仅体现在引起下一级次生灾害的土石方量逐级减小上,而且体现在随时间变化的灾害激发条件提高上;虽然泥石流发生条件提高,但由于泥石流沟沟床不断被切深,小岗剑沟危险性随着可动势能增大而逐年增大,人工断链失败后,沟床再次下切,建议使用阶梯-深潭结构增加沟道阻力,保护沟道底部,避免可动势能继续增大;对比小岗剑沟、文家沟和红椿沟泥石流治理工程,发现灾害链总能量与投资正相关,要根据灾害能量进行合理投资,当能量到达一定量时,单位能量所需要的投资大幅度降低。

山区河流阶梯—深潭结构水力特征数值模拟

为了探究阶梯—深潭结构在不同流量工况下的消能机理,采用紊流数值模拟方法分析研究了阶梯—深潭结构紊动能、紊动能耗散率、流场结构、潭底压力强度等主要水力参数。结果表明,随着流量的增大,平均紊动能耗散率不及平均紊动能增加速率快,验证了阶梯—深潭随着流量的增加消能率会有所下降;小流量工况下深潭内环流区明显,增大了水流滞留潭区时间,能量耗散效果较优;大流量工况下流量的增加促使结构发生自适应调整,水深加大,形成水垫及漩滚耗能,水流阻力增大且维持潭底压差分布趋于平稳,削弱了主流对河床的直接冲刷,有利于河床稳定。

阶梯-深潭漩涡消能特性探究

以探究影响阶梯-深潭结构漩涡消能特性为目的,通过选取野外发育良好的阶梯-深潭结构,采用k-ε双方程紊流模型,利用VOF追踪自由水面对阶梯-深潭结构的漩涡消能特性的进行数值模拟研究。实验在前人对阶梯-深潭结构研究的基础上,根据出流方式的不同,将其分为两种类型分别再次探讨其漩涡消能特性。实验主要研究出流方式和跌水区域变化对消能的过程中漩涡形成、运动的影响,结果表明:出流方式的改变和不同的深潭段跌水区域会影响漩涡的发育以及运动过程中的分裂、拉伸和破碎,从而影响消能的效果。综合对漩涡消能有较大影响的参数,提出无量纲参数α来衡量阶梯-深潭结构的消能系数;并通过对野外实测数据的对比验证,消能系数α与消能率的关系与数值模拟的结果接近。

影响阶梯-深潭结构消能率的主要因素分析

阶梯-深潭系统是山区河流广泛分布的重要河床结构,探究其形态和尺寸的规律对于认识山区河流稳定性及河床演变具有重要意义.以探究影响阶梯-深潭结构消能率的因素为目的,通过选取野外发育良好的阶梯-深潭典型跌落式和滑落式结构,实测阶梯高度、深潭容积等基本参数,计算消能率的大小,并通过数据分析影响消能率的主要因素.结果表明:流量容积比、阶梯-深潭高长比γ和出流方式对阶梯-深潭的消能率有较大影响,随着α和γ的增加,消能率逐渐降低;当α大于0.084、γ大于1.100时,滑落式的消能效果普遍优于跌落式.该研究结果为工程中选择适当的阶梯-深潭结构体型、尺寸提供了理论依据.

怒江泥石流扇地貌特征与扇体堵江机理研究

怒江流域泥石流沟众多,而且主要是两相泥石流。两相泥石流龙头集中了大量的粗大卵石和砾石,形成的扇体阻力大,是改变怒江河流地貌形态的主控因素。洪积扇的数量和规模远远小于泥石流扇,科学区分怒江两岸的泥石流扇和洪积扇对山区防灾减灾意义重大。许多泥石流扇完全堵塞主河形成了堰塞湖,怒江高黎贡山峡谷河段几乎每隔10-20 km就有一个泥石流堰塞湖,峡谷河段形成一段段顺直河谷连接堰塞湖缓流＋堰塞坝激流的不断重复的河道,造成堵江的泥石流沟的流域面积多集中在40 km2左右。泥石流堰塞坝尼克点的发育造成了河道内大量泥沙淤积,利用钻孔采样的方法分析了堰塞湖内泥沙淤积规律。野外测量和计算发现组成泥石流的规模和龙头出沟口的速度是造成堵河的主控因素。

消能结构防治泥石流研究——以文家沟为例

阶梯-深潭系统作为一种新的消能结构在2009年用于文家沟滑坡体上新生沟谷的泥石流治理研究。阶梯-深潭系统在阶梯和水跃段耗散了水流大量的能量,使得水流中的能量减小到不足以触发泥石流,理论分析表明阶梯-深潭系统可以耗散水流三分之二的能量,即同样状况下触发泥石流的临界流量需增加三倍。阶梯-深潭系统使得水流阻力最大化,避免河床和岸坡遭受侵蚀。2009年的几次暴雨没有在文家沟引发泥石流。然而,2010年在沟内修筑了20道拦挡坝来代替阶梯-深潭系统,经过2010年8月暴雨后,20座拦挡坝全部被破坏。沟谷再次下切了50m。沟谷下切和侧蚀导致大量松散堆积物进入沟道形成泥石流,约450万m3冲出沟口,造成大量的房屋被埋以及14人死亡。比较两种防治方法可以看出,以消能为目的的阶梯-深潭系统对防治泥石流是成功的。拦挡坝在稳定的情况下可以减少边坡的垮塌,而阶梯-深潭系统还能够通过耗散水流能量稳定沟道,因此采用拦挡坝和阶梯-深潭系统相结合的方式来稳定滑坡体上的新生沟谷,并控制泥石流可能效果会更明显。

进口形式对浅水垫消力池水跃特性的影响

针对泸定水电站3#消力池出口边界不对称的特点,通过单体局部模型试验对三种不同进口衔接形式的浅水垫消力池内的水跃形态进行了对比分析。研究结果表明,消力池进口形式对水垫深度影响较大,直接决定了水跃是否能够形成及其稳定性。多级台阶进口最适用于入池主流能够充分靠近底部又能保证一定水垫深度情况,在水流入池角度较小时主流远离池底水垫厚度过大时,则容易形成面流流态;圆弧进口可以将入池水流导向池底,但进口扩散段在出口不对称性和尾坎的顶冲反射作用影响下,导致水垫厚度不均匀,从而产生不稳定斜向水跃,同时影响边墙的稳定性;采用一定长度的等宽圆弧进口则可使得池内水跃流态稳定,消能效果良好。因此,浅水垫消力池要充分发挥其优势,在实际应用时需重视进口形式的设计,以形成合适的浅水垫。