关键词： 泥石流   堵溃   物源启动   稳定性   防治措施  

摘要： 丹巴县三岔沟暴雨沟谷型泥石流灾害频发,沟内松散固体物源丰富,泥石流对附近的村落和河道造成极大威胁。为了减小泥石流堵溃对沟岸稳定性的二次冲击,对三岔沟沿线存在泥石流暴发痕迹的一条泥石流的堵溃特征及稳定性进行研究。结果表明:堵溃风险最高的为沟岸稳定性较差的中型、大型滑坡区域;三岔沟泥石流为暴雨沟谷型泥石流,属于高易发区;沟口堆积区扇形面积较大,在天然工况下H28滑坡处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态,地震工况下处于基本稳定状态。研究结果为类似地质条件下泥石流灾害防御工程建设提供参考依据。

关键词： 泥石流   堰塞湖   河道堵塞   灾害链   演化过程   白龙江流域   寨子沟   甘肃舟曲  

摘要： 受“5·12”汶川大地震影响,白龙江流域由泥石流引发的堵江-溃决洪水链式灾害出现的频率显著增加。同时,由于特殊的地质环境条件,白龙江流域很多城镇都位于峡谷阶地、泥石流堆积扇等地区,极易受到泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的威胁。为探究白龙江流域潜在泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的危险性,以甘肃省舟曲县白龙江流域的寨子沟泥石流为研究对象,旨在正确认识寨子沟泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的孕灾特征、致灾条件及演化模式,明确泥石流引发的链式灾害威胁范围。通过遥感解译与野外调查等方法,构建寨子沟泥石流地形地貌和物源数据库,核算了该泥石流静动力学参数,并在此基础上分析了泥石流堵河和溃决洪水的灾害链效应。选用FLO-2D和HEC-RAS模型,开展了不同降雨频率下(P=1%,2%)的泥石流演进数值仿真,获取了泥石流和溃决洪水的深度、流速和威胁范围等特征参数,并基于特征参数分析了泥石流和溃决洪水危害强度并评估潜在危险。结果表明:(1)百年一遇降雨频率下的寨子沟泥石流流动最大流速可达11.96 m/s,泥石流冲出物进入河道形成的堰塞坝平均厚度约10 m,造成白龙江完全堵塞,堰塞湖库容为6.26 km^(3)。(2)溃决洪水演进过程总时长约为12 h,溃口流量达到顶峰时间约30 min,其溃决影响范围为沿白龙江主干流甘南州舟曲县峰迭镇下游至陇南市武都区桔柑乡上游段河谷及两岸区域,面积达56.36 km^(2),距离约97.4 km。结合模拟结果,初步探讨了监测与治理为一体的流域性泥石流灾害链风险防控模式。该研究强调了传统模型在洪水灾害评估中的局限性,并有助于深入了解泥石流堵江引起的洪水灾害的连锁危害。研究成果可为白龙江中下游流域此类泥石流链式灾害风险评价和防治工程设计提供参考。

关键词： 泥石流灾害链   致灾模式   数值模拟   危险性评估   防治对策  

摘要： 近年来,由于多次大规模地震的影响,川西山区城镇所面临的泥石流灾害已经呈现出链式反应的特点,这使得灾害的危险性急剧攀升。因此,对泥石流灾害链的危险性进行深入研究和分析,以及进行灾情预测工作,成为了制定有效防灾减灾措施的关键所在。这样的研究工作,对于保护人民生命财产安全,减轻灾害损失具有重大的现实意义。 为了更有效地应对泥石流灾害链所构成的严重威胁,本文深入探讨了川西山区城镇堵溃型泥石流灾害链的成因、过程与影响。通过野外调查、遥感解译、模型计算等方法,重点分析了梅龙沟和二卡子沟泥石流的成灾机制和致灾模式。利用***数值模拟模型,成功模拟了泥石流的动态过程,并结合GIS技术进行了危险性分区。研究结果如下: (1)梅龙沟泥石流灾害链为暴雨～泥石流～古滑坡复活～堰塞湖～溃决洪水灾害链,其致灾模式为暴雨触发～河道改道与冲刷～古滑坡复活～河道堵塞与堰塞湖形成～堰塞坝溃决～下游冲击与破坏;二卡子沟泥石流灾害链为支沟泥石流～滑坡～堰塞坝溃决～主沟泥石流,其致灾模式为支沟泥石流启动～滑坡失稳与堰塞坝形成～堰塞坝溃决～泥石流规模增大～主沟大规模泥石流形成。 (2)模拟结果显示,在暴雨条件下,梅龙沟与二卡子沟皆存在再次发生大规模泥石流灾害的风险,可能对居民区和基础设施造成严重威胁。通过动量指标,本文对两个研究区域进行了危险性分区模拟,尽管从数字上看两个流域的中高危险区占比皆不超过40%,但考虑到高中危险区的实际位置和泥石流的行进路径,可以推断出梅龙沟和二卡子沟泥石流的整体危险度其实是很高的。这一点对于制定防灾减灾策略和应急预案至关重要,必须要给予足够的重视。 (3)介绍了堵溃型泥石流灾害链对山区城镇的直接与间接危害,并提出了采取断链措施、设计工程防治方案和建立预警体系等多种手段,来减弱泥石流灾害链的直接破坏和次生危害的影响范围。本文设计了一种基于社区合作的山区城镇灾害链预警系统,以期提高防灾减灾能力,保护人民生命财产安全。这些研究成果不仅增进了对川西山区泥石流灾害链的科学认识,也为该地区的地质灾害防治工作提供了重要的理论和实践指导。

关键词： 堰塞坝   沉积速率   侵蚀速率   堵江过程   堵江概率  

摘要： 结合2020年构林坪溃决型泥石流模拟试验,分析泥石流堵江过程及河流侵蚀能力,提出堵江堰塞坝堵江概率判别标准,为泥石流堰塞坝工程治理提供参考.重新定义颗粒的面积相关形状系数及体积相关形状系数,可应用于各类不规则形体.从颗粒粒度角度得出泥石流堆积“粗颗粒物质快速移动沉积-细颗粒物质慢速被侵蚀”的特征;从堰塞坝堵江过程角度得出“堆积扇逐层沉积-河流薄弱侵蚀”特征;从沉积侵蚀速率角度得到构林坪流域堵江阈值,且当泥石流颗粒粒度较细时,泥石流沉积速率对该阈值的影响将显著提高,粒度较粗时,以河流侵蚀速率为主要因素.

关键词： 泥石流   卡口   水槽试验   堵塞效应   地质灾害防灾减灾  

摘要： 泥石流在流经卡口段沟道时常出现暂时堵塞现象,并伴随着流量放大效应。文章通过典型卡口段泥石流野外调查和室内水槽试验,研究卡口段泥石流堵塞效应的影响因素与成因机制。研究显示:卡口段泥石流堵塞效应引起的流量放大或因松散固体物源堆积而产生的流量衰减,均与卡口部位的几何条件、泥石流流体、沟域特征、是否存在附加松散物源有关。单纯卡口的存在多为泥石流流量衰减的正面因素,而是否有松散物源的加入则是卡口段泥石流的堵塞效应发生的关键因素。此研究对认识泥石流在微地貌突变动、堆积规律,完善泥石流防治技术规程方面都具有重要的理论意义和应用前景。

关键词： 哈达沟   中频泥石流   危险性   堵溃  

摘要： 中频泥石流具有较大危险性和暴发周期较长的特点,人类活动会诱发其发生并加剧其成灾严重程度,当沟道不能满足泄流输水能力时将发生堵溃,危及两岸甚至是主河河道安全。由于目前中频泥石流危险性分析的缺乏,因此以云南省哈达沟中频泥石流为例,探讨其特征和再次发生泥石流及导致沟道堵溃的危险性,并提出防治建议。结果显示:泥石流重度1.62 t/m^(3),泥石流沟口流速4.794 m/s,基于暴发频率10%情况下的沟口峰值流量为54.43 m^(3)/s以及一次冲出总量为11072.03 m^(3);在下游沟道处修建有涵洞,其过流量为16.5 m^(3)/s,小于20 a一遇泥石流流量,一旦发生大型泥石流,则有堵溃危险。研究发现哈达沟中频泥石流危险度为高度危险,堵溃历史判断其再次发生沟道堵溃并有泥石流堵塞腊普河的可能性。

关键词： 泥石流   成灾机理   堵溃效应   灾害链   发展趋势  

摘要： 2020年6月17日丹巴县梅龙沟爆发了一次大规模泥石流,一次性冲出固体物质42.7×10^(4)m^(3),形成泥石流-堰塞坝-溃决洪水-滑坡灾害链,造成5100余户2.12万余人被迫转移,直接经济损失达8亿元。根据现场调查、无人机航拍以及遥感解译,分析梅龙沟泥石流的成因及致灾机理,阐述了“物源成因”、“降雨激发”和“地形促进”对泥石流形成产生的影响。结果表明:(1)梅龙沟泥石流是在前期累计降雨和短时强降雨共同作用下形成;(2)梅龙沟泥石流源头为大石堡沟,起动模式为“沟岸垮塌-泥石流”;(3)泥石流沟内持续的物源补给以及东风棚子、梅龙村、大邑村三处大型滑坡产生的级联堵溃效应,致使泥石流流量不断放大,最终导致大量固体物质冲出沟口;(4)沟口形成的堰塞坝-溃决洪水-阿娘寨滑坡灾害链进一步增强了泥石流的致灾能力;(5)现阶段梅龙沟内物源丰富,临界启动降雨阈值降低,极易在雨季发生大规模泥石流,建议及时采取综合防治措施。

关键词： 泥石流堰塞坝   漫顶溃决   溃决机理   溃口侵蚀   侧蚀模式  

摘要： 近年来全球气候逐渐暖化,高烈度地震频发,内外营力耦合作用下崩塌、滑坡事件逐渐增多,为泥石流的形成提供了有利的水文条件和丰富的物源,极易暴发大规模泥石流堵江溃决事件,关于泥石流堰塞坝溃决后造成严重损失的案例屡见不鲜。尤其对于深度切割的高山峡谷地区,具有较大规模的高粘性泥石流汇入狭窄型河道后,很可能将河流完全堵断,形成具有一定规模的堰塞坝,堰塞坝一旦溃决,将形成具有超常规模的溃决洪水,严重威胁当地人民群众的生命财产安全。本论文基于95组水槽模型实验,研究了高粘性全堵型泥石流堰塞坝漫顶溃决特征及溃口的侵蚀机理,进而构建溃决参数的预测模型。主要结论如下: （1）泥石流堰塞坝占比最为突出的漫顶溢流溃决模式可进一步划分为溯源侵蚀溃决模式（81.05%）、无溯源侵蚀溃决模式（13.68%）、溯源整体滑溃模式（5.26%）三种模式。为了突出泥石流堰塞坝能够形成明显溯源陡坎这一显著特征,进一步将溃口的发展过程划分为三个阶段:溯源陡坎形成阶段（阶段Ⅰ）、溯源陡坎侵蚀阶段（阶段Ⅱ）、溯源陡坎衰退阶段（阶段Ⅲ）。泥石流堰塞坝溃决之后的流体均未能转化为泥石流,溃决流体容重介于低密度浊流与高密度浊流之间。坝体内部的孔隙水压力存在5个明显特征:（1）初始孔压的非零性,（2）孔压“先增后减”的整体性,（3）坝体孔压的非对称性,（4）超静孔隙水压力存在的必然性,（5）孔压突变与坍塌和下切过程的一致性。 （2）引入可描述泥石流堰塞坝颗粒全级配的标度参数μ、Dc,选取较为直观易测的溃口流速v及溃口底床坡度θ两个关键影响因子,构建了泥石流堰塞坝溃口下切速率E的计算模型,并将其与基于剪切应力的土壤侵蚀率模型进行对比,验证了本研究模型的合理性。 （3）泥石流堰塞坝溃口侧向展宽过程中,溃口边坡的间歇性坍塌过程呈现出时间的间歇性、规模的涨落性、空间的随机性三个典型特征,并且坍塌体规模和时间序列均服从Poisson分布。此外,又从动力学的角度将泥石流堰塞坝溃口边坡的坍塌模式分为剪切坍塌和倾倒坍塌两种,并分析得到了两种坍塌模式的失稳临界判别条件及临界宽度计算式。 （4）泥石流堰塞坝溃决过程中过坝水流的流量系数在整个溃决过程中呈现“先增后减”的整体变化趋势,在应用堰流方程时,流量系数建议采用分段函数的方法输入。 （5）通过选取坝高H、库容V、细颗粒含量P0.075、不均匀系数Cu、D90粒径等关键影响因子,采用量纲分析和多元非线性回归分析等手段,构建了泥石流堰塞坝溃决洪峰流量Q、溃决总历时T、溃口最终宽度W的预测模型。 （6）溃口双向侧蚀模式下的溃决洪峰流量明显大于单向侧蚀模式下的溃决洪峰流量,峰现时间提前,溃决总历时缩短,表明双向侧蚀模式下泥石流堰塞坝的危险性较单向侧蚀更高,但单向侧蚀模式下的溃决过程与双向侧蚀的溃决过程并非呈对称关系。

关键词： 泥石流   野外调查   模型实验   卡口   堵溃效应  

摘要： 堵溃效应在泥石流运动过程中是一种常见的现象。当泥石流流量不足以克服其阻力运动时,只有通过流量的积累以克服阻力,便产生了泥石流堵溃效应。主支沟交汇,沟道地形突变以及沟道内的崩滑堆积体均可使泥石流在局部产生堵溃效应,其宏观表现形式为沟道短暂断流与阵流现象。天然泥石流沟道为一系列弯道与顺直段,宽窄相同的地貌组合,尤其在构造活动强烈,岩性软硬相间的地质条件下,更有利于卡口这种微地貌的形成。宽窄组合的卡口地形特征,更易引发泥石流的局部堵塞与溃决现象,从而产生泥石流流量放大效应,泥石流造成的危害也更加严重。泥石流堵塞系数是表征泥石流堵溃效应的特征参数,也是泥石流防治工程勘察设计规范中配方法计算泥石流流量的关键参数。现行规范中往往以卡口的多少作为泥石流堵塞程度的判定依据,具有明显的经验性,未考虑泥石流体性质、泥石流的运动特征以及卡口微地貌形态对卡口堵溃效应和堵塞系数的影响,导致泥石流流量计算存在较大的不确定性,从而影响泥石流防治工程的效果与运行安全。本文尝试通过模型试验的方法,探索在不同卡口地形和泥石流特征条件下,泥石流发生堵溃的临界条件,分析卡口段泥石流流量的放大效应,对于完善泥石流防灾减灾技术规程,提高对泥石流运动堆积过程的认知,具有重要的理论意义和应用前景。研究的主要内容和成果如下:（1）通过野外调查研究,探讨桦头尖沟泥石流孕育的地质环境条件与形成机制,分析了不同区段泥石流的冲淤特征,并演算泥石流的基本特征参数,为泥石流卡口段堵溃效应的影响因素与成因机制研究提供实证依据。（2）通过对桦头尖沟内典型卡口的野外调查研究发现:卡口的成因类型与地质构造、地层岩性以及崩滑体密切相关;卡口的形态类型主要受到流域地质条件的限制,而且在泥石流形成和演化的不同区域,表现差异明显,总体表现为从上而下卡口的断面指数减小,束窄与展宽程度增大的趋势;纵谷构造段多出现V形和梯形卡口,U形卡口则出现于横谷段;堆积型卡口是纵向谷地内V型卡口形成的重要类型,常在后续水流或泥石流的影响下向梯形卡口演化。（3）以桦头尖沟泥石流为原型,分析卡口微地貌泥石流堵溃作用形成的主要影响因素,确定合理的试验相似比尺,提出了试验模型、模型砂的配制及卡口概化模型的制作方法,并提出标准试验流程与参数测量方法。（4）当卡口附近无附加松散物源参混时,均出现了流量衰减的现象,流量比Qpr<1,泥石流峰值流量衰减;而堆积型卡口,由于有附加堆积物的参混,泥石流体积比浓度与一次泥石流总量的增大,三次试验中,有两次出现了流量的放大作用,即流量比Qpr>1。（5）泥石流流经卡口段时,若沟道内无松散物源的补给,则会产生流量衰减过流,泥石流峰值流量出现时刻延后,洪峰过程线展平,卡口段泥石流流量比Qpr可表示为:（?）(6)泥石流流经卡口段时,表现出明显的上淤下冲的现象,并伴随着床面粗化与筛分作用。卡口段上游淤积规模、床面粗化与筛分的程度均与卡口的几何形态、泥石流质地和沟道纵坡密切相关。

关键词： 高位震裂山体   滑坡泥石流灾害链   致灾机理   铲刮侵蚀   堵溃效应  

摘要： 大型地震不仅可以诱发大规模的同震崩塌滑坡灾害,造成山川巨变,同时也可能导致大量的山体震裂松动,形成“震裂山体”。在降雨和地震等作用触发下,这些震裂山体极有可能失稳并转为链式地质灾害。由于其演化周期长,成灾模式复杂,目前对震裂山体分布部位的识别方法、渐进破坏机理、灾害链成灾模式和动力学致灾过程等研究尚未形成定论。因此,亟待开展强震区震裂山体成灾模式和致灾机理研究。 龙门山地区作为全球典型的极震区,其构造活跃、地貌深切、岩体破碎、降雨量充沛,为崩塌、滑坡、泥石流地质灾害的孕育提供了良好的地质条件。本文以汶川“5·12”地震强震区震裂山体为研究对象,首先通过植被退化趋势分析、多源多期遥感影像、无人机航拍和野外调查等方法系统开展了震裂山体识别解译并对其进行编目,揭示其空间分布、地形地貌和岩体破坏特征,凝练了震裂山体的三种成灾模式。并分别以绵竹小岗剑滑坡、平武象鼻嘴滑坡泥石流和汶川锄头沟泥石流为例,采用工程地质调查、无人机测绘、力学计算、块体离散元模拟和流体动力学模拟等方法,深入研究了三类震裂山体失稳成灾灾害链的动力学特征和致灾机理,阐明震裂山体内裂隙网络对其启动方式的控制作用,厘清震裂山体高位崩滑向其它灾种转化的内在机理及转化过程中的侵蚀效应和流量放大效应,揭示了震裂山体崩滑堆积体堵溃效应对泥石流的致灾能力的影响。研究结果有助于揭示震裂山体灾害链演变的动力学致灾机理,对强震区震裂山体灾害防治提供了科学依据。基于以上研究,本文获得如下研究成果: （1）基于强震区多期遥感影像计算其植被归一化指数分布图,结合植被退化趋势分析及土地覆盖类型分类建立了潜在震裂山体分布图,并通过历史遥感影像解译、无人机航拍和现场调查等交互检查方法,对识别结果进行人工校正,最终识别了124处汶川地震强震区典型震裂山体灾害点。通过对数据进行进一步挖掘,揭示了震裂山体空间分布、所在部位地形地貌和变形破坏特征,发现灾害点分布区域与地震动峰值加速度（PGA）等值线呈现高度正相关性,以同震滑坡的持续变形为主。并凝练了震裂山体三种链生灾害成灾模式:高位震裂山体高速滑坡-碎屑流、高位震裂山体崩滑-铲刮侵蚀型泥石流和高位震裂山体多点崩滑-堵溃型泥石流。 （2）以小岗剑震裂山体高位滑坡为典型案例,基于力学分析、离散裂隙网络模型和块体离散元法,揭示了考虑裂隙随机分布的高位震裂山体高速滑坡-碎屑流启动机理和动力学特征。从力学角度揭示了小岗剑滑坡在高静水压力作用下启动机制。由于滑源区坡度较陡,岩体失稳后将经历重力加速过程,之后与斜坡碰撞,破碎解体为更小的块体,从而形成大规模碎屑流。在运动过程中,滑体最远水平位移达1.81 km,总持续时间约266 s。同时,模拟揭示了震裂山体裂隙摩擦角和裂隙分布密度对滑体的启动和动力学特征的影响,节理的摩擦角越大,滑体在运动过程中摩擦耗能越大,岩块的最大运动距离越小,且形成的锥形堆积体坡角更大。节理面的密度越小,被切割的岩石块体尺寸越大,导致更多的岩块难以起动,从而降低边坡的破坏面积,缩小其堆积范围。 （3）以象鼻嘴沟滑坡泥石流为典型案例,揭示了高位震裂山体崩滑-铲刮侵蚀型泥石流的成灾机理、动力学特征及侵蚀效应。短时强降雨是象鼻嘴沟泥石流的直接诱因,震裂山体崩滑铲刮及沟道侵蚀则导致了泥石流冲出规模增大。采用流体数值模拟方法模拟了象鼻嘴沟泥石流的动力学过程,象鼻嘴沟崩滑铲刮型泥石流在启动之后约160 s到达沟口,过程最大流体深度为10.34 m,在窄陡沟道处流速最大达18.29 m/s。之后开始堆积,模拟结果与野外调查结果较为吻合。最大泥深实测值与模拟结果相差6.24～12.45%,峰值流速计算值与模拟值的差值为-11.37～7.24%,表明该模型具有较好的可靠性。在泥石流运动过程中,其对沟道物源的侵蚀作用不断加强,最大侵蚀深度达4.86 m,总侵蚀量达7.38×10～4 m3,与不考虑侵蚀相比,泥石流的总冲出量增大约2.5倍,峰值流量由61.13 m3/s增至102.93 m3/s。同时研究表明泥石流冲出量与震裂山体物源起动量具有明显的二次函数关系。 （4）以锄头沟泥石流为典型案例,揭示了高位震裂山体多点崩滑-堵溃型泥石流成灾机理动力学特征。震裂山体在宽缓型沟道两侧多点分布,震后雨季发生多点高位崩滑后堆积于沟道内,为泥石流提供了丰富的物质基础。基于数值模拟方法,通过流量和泥深变化揭示了泥石流物源向主沟及支沟的汇聚过程。锄头沟泥石流运动过程可分为四个阶段,在物源汇聚阶段,沟域内所有物源迅速向支沟汇集,整体最大速度达14.96 m/s;约2400 s时,支沟物源大部分已汇聚至主沟道;约4800 s时,支沟物源完成向主沟汇聚,此时以主沟运动为主;之后进入停积阶段,泥石流平均速度约为5～8m/s,全过程持续时间约2 h,其最大流量为414.50 m3/s。同时约