关键词： 矿渣泥石流   输移模式   堵溃机理   放大效应  

摘要： 近些年来,随着经济活动对矿山资源的需求越来越大,矿渣型泥石流时有发生,严重威胁当地流域内的经济活动和居民的生命财产安全。本文以陕西省小秦岭金矿区的大西岔沟作为研究区域,对大西岔沟泥石流的成灾机理和灾害特征做了详尽的野外调查,发现大西岔沟的矿渣型泥石流具有典型的溃决规模放大的特征,如1994年爆发的西峪泥石流,峰值流量放大了2000倍,而在现有规范中堵溃放大系数适用范围为0～3,用来计算这类矿渣型泥石流的堵溃放大系数则显然并不适用。结合野外调查资料,展开了26组不同条件的水槽试验,针对试验现象总结试验规律,在此基础上探索矿渣型泥石流堵溃机制和规模放大效应等科学问题,主要成果如下:（1）从半堵型堵塞体的水槽试验出发,分析不同试验条件下水流对矿渣堆积体的输移模式,发现水槽坡度对矿渣堆积体的输移模式有直接影响,并将输移模式分为三个阶段:5°6°的较难输移阶段,6°9°的选择性输移阶段,9°15°的无差别输移阶段。（2）结合矿渣堵塞体的输移模式,进一步研究了半堵型堵塞体演变为全堵型堵塞体的规律,并在此基础上利用试验数据提出一个半经验半理论的溃决流量放大系数的计算公式。（3）从全堵型堵塞体的水槽试验出发,研究全堵型堵塞体发生溃决的机理。本文将溃决机理分为内因和外因两个方面,内因为库区蓄水阶段的堵塞体内部渗流引发堵塞体内部破坏的机理,外因为溢顶溃决后水流泄出对堵塞体的冲刷侵蚀机理。（4）结合全堵型堵塞体的模型试验,进一步分析矿渣型泥石流溃决放大效应的特征和规律,本文提出三条规律:放大系数m与上游来流流量呈反比关系;在溃决过程中,放大系数呈先增后减的趋势;在上游来流流量较小或水槽坡度较小时,放大系数的过程变化有次峰值出现。

关键词： 泥石流   漂木   输移特征   堵溃系数  

摘要： 泥石流中携带的漂木往往具有很大的冲击破坏力，并且在沟道突缩处极易堵塞沟道形成不稳定的堆积坝，导致后续泥石流淤积，当上游淤积到一定程度后，在后续泥石流的冲击作用下，漂木堆积坝突然溃决，流量瞬间增大，形成更大规模的泥石流，使泥石流的冲击破坏能力进一步增强，造成严重的次生灾害。针对泥石流中含有大量漂木所存在的问题，本文以野外考察、理论分析、室内模型试验相结合的方式，对泥石流中漂木的分布特征和来源、漂木在沟道中的稳定性、泥石流中漂木的输移特征及其对泥石流流量的影响进行了研究，取得了以下研究成果:　　1.归纳总结了漂木物源的分布特征　　通过野外调查，漂木主要有三种来源:①原本存在于沟道内的枯木;②植被良好的地区来自沟床或岸坡上的树木;③沟道两岸斜坡上树木。　　2.通过试验数据，分析了泥石流中漂木输移和堵塞特征　　(1)漂木在泥石流表面运动过程中会发生旋转使其长轴方向趋于平行于泥石流流向，这一现象随泥石流容重的减小越明显。　　(2)漂木在泥石流终输移过程有三种模式:单根分散式输移、成群式输移以及半成群式输移模式。　　(3)根据其形成机制以及堆积形态漂木堆积类型有关键漂木横向拦截型、交叉错位咬合堵塞型和盲区拦挡型三种类型，拦截率随漂木数量的增加而增加，随漂木长度的增大而增大。　　3.通过试验数据，分析了漂木对泥石流峰值流量和堵溃系数的影响　　(1)漂木的存在改变泥石流流量的过程线，由于发生堵溃现象，流量过程线由原来相对平缓变为相对尖窄，三种泥石流容重下，粘性泥石流比稀性泥石流更容易发生堵溃现象，但堵溃规模相对较小，流量放大效应较小。　　(2)漂木从遇到障碍物堵塞到溃决过程经历四阶段:漂木最初堵塞阶段、漂木累积阶段、漂木临时堵塞体形成阶段、堵塞体溃决阶段;并定义堵溃系数和流量放大率来表征漂木堵溃特征，根据试验结果发现流量放大率随着漂木长度的变化先增大后降低，随着漂木量的变化也是先增大后降低，并得出了漂木泥石流堵溃系数的经验公式:R=2.28（L/B-d）0.14(Cv)-0.21(V1/V2）0.09及流量放大率和堵溃系数之间的指数对应关系δ=0.36R4.77。

关键词： 连山大桥泥石流   运动特征参数   堵溃  

摘要： 计算"7·10"四川省汶川县连山大桥泥石流运动参数,分析泥石流运动与堵溃特征,揭示"7·10"连山大桥泥石流灾害成因,为合理选择泥石流治理方案提供科学依据。通过对连山大桥泥石流灾害进行的现场勘查、泥石流运动特征参数(泥石流容重、流速、流量、一次总量及冲击力)的计算、沟道泥石流堵溃特征的分析,结果表明连山大桥泥石流为黏性泥石流,主沟泥石流流速为4.2~9.3m/s,配方法计算得到的泥石流峰值流量(41.8m^3/s)远小于形态调查法得到的流量(出山口176.4m^3/s),百年一遇泥石流一次总量为6 620m^3,块石最大冲击力为4 955kN。"7·10"连山大桥泥石流灾害主要成因为泥石流在运动过程中发生2次堵溃,泥石流流量剧增。针对连山大桥泥石流沟现状,进行泥石流工程治理和监测预警工作是十分必要的。

关键词： 泥石流   数值模型   有限体积法   SIMPLE算法   离散元追踪算法   大颗粒   动力过程模拟  

摘要： 我国是一个多山的国家,泥石流沟道广泛分布。泥石流灾害给人民群众的生命和财产安全构成严重的威胁,成为制约山区发展的重要因素。结合泥石流动力模型的数值模拟已成为研究泥石流的重要手段。泥石流动力学数值模型研究不但可以深入认识泥石流的动力学机理,发展数值模型理论和方法,同时通过数值模拟反演泥石流灾害的发展过程,也可以对泥石流灾害进行预测预报,为防灾减灾提供参考。 本文基于云南蒋家沟泥石流和甘肃舟曲泥石流等典型泥石流灾害过程的实地野外调查结果,结合文献调研,凝练了泥石流的运动特征和对不同粒径固体物质的挟沙模式,提出了泥石流连续性宾汉体与大颗粒离散体耦合的泥石流数值模型,并将其应用于典型流域的山区沟道泥石流过程模拟。 本文的主要研究内容如下： (1)针对山区泥石流灾害过程的考察和分析,凝练泥石流的运动和输沙特征,通过深入讨论大颗粒物质与泥石流运动的耦合响应关系,提出将泥石流运动体分成连续性的混合流体和米级大颗粒离散体分别进行动力学分析,为进一步开展天然山区沟道泥石流数值模拟研究提供了思路。 (2)以水动力学理论、水沙两相混合流理论和宾汉体模型理论为基础,采用混合流沙量动态变化模式,建立了适于模拟沟道泥石流的二维非恒定泥石流混合流模型。 (3)深入分析了泥石流流体特征、地形条件、泥石流组成等因素对泥石流运动特征的影响规律,对各因子对泥石流糙率的影响进行定量的讨论分析,归纳提出泥石流糙率关系式,发展了泥石流数值模型理论。 (4)将大颗粒运动视为在泥石流介质中的稀疏颗粒流,通过系统的讨论泥石流中大颗粒受力情况,根据质量守恒、动量守恒原理,基于B.B.O.方程,建立了泥石流中大颗粒运动的基本方程,从本质上揭示固液两相流中颗粒的受力特性与大颗粒物质的运动过程间的关系,并依此分析了泥石流影响下大颗粒堆积体形成和垮塌的动力学机理。 (5)提出泥石流浆体动力学模型和大颗粒离散体运动模型的耦合方法,建立了泥石流混合流-大颗粒混合双流体模型。 (6)采用有限体积法在非正交非交错网格上进行数值离散,采用改进的SIMPLE算法求解建立的平面二维泥石流混合流数值模型,采用适用于大颗粒离散元数值求解的同步动态松弛法求解大颗粒运动模型。模型求解的数值格式具有较高的精度和分辨率,适用于山区沟道复杂地形运动过程中缓急流交错的阵性流特征,是稳定和有效的。 (7)利用建立的数值模型,对舟曲三眼峪泥石流和云南蒋家沟泥石流过程进行模拟,结果证明该模型能够比较准确地反映泥石流随时间的动态演进成灾过程,泥石流影响下沟道上下游不同区域的冲淤规律,以及大颗粒搬运、堆积和垮塌等复杂动力学过程。

关键词： 安县   甘沟   堵溃泥石流   防治对策   断面优化设计  

摘要： 汶川地震诱发的大量崩塌和滑坡不仅直接为泥石流活动提供松散固体物质,还可能造成沟道堵塞。沟道内的堵塞坝虽然不像主河道上的堰塞湖那样造成大范围灾害,但溃决后却会引发大规模泥石流,给人民生命财产和基础设施等造成严重危害。以四川省安县高川乡甘沟为例,说明其造成泥石流的危害特征及防治对策。通过对甘沟自然环境背景条件的分析,发现甘沟具备泥石流暴发的地形地貌和降水条件;流域内地震诱发的崩滑体不仅为泥石流的形成提供丰富的松散固体物质,还造成沟道堵塞,形成堵溃型泥石流。甘沟已建的排导槽存在过流能力不够、槽底和侧墙已基本被破坏、弯道处未考虑超高、沟内未布置拦挡工程等问题。目前沟内由于松散固体物质充足,在一定的降水条件下,仍会再次暴发泥石流。针对甘沟的具体情况,提出了修建拦挡、重建排导槽并结合预警预报措施的防治对策,并对重建排导槽的过流断面进行了优化设计。

关键词： 汶川地震   平武县   唐房沟   堵溃泥石流   防治对策  

摘要： 汶川地震直接诱发的大量崩塌、滑坡堵塞沟道,形成很多堵塞坝,这些堵塞坝溃决后极易形成堵溃泥石流,由于成灾快和规模大等特征,其造成的灾害损失比一般的暴雨泥石流要严重得多。以四川省平武县平通镇唐房沟为例,通过野外考察、现场测量、取样分析等方法,分析震后堵溃泥石流的形成过程、流量计算及防治对策。通过采用形态调查法和雨洪法对唐房沟的流量计算结果表明,采用配方法计算的流量结果明显小于采用形态调查法的结果,其主要原因是因为沟道内存在严重的堵塞,加之地震诱发的大量松散固体物质和震后激发泥石流临界降雨条件的降低,造成泥石流规模的增大。唐房沟目前防治现状存在新建的排导槽过流能力不够、基底已被破坏、弯道处未考虑超高,沟内未布置拦挡工程等问题。由于唐房沟内目前松散固体物质充足,在一定的降水条件下,仍会再次暴发泥石流,泥石流将会威胁到沟口平通镇1600余人的生命财产安全,同时也威胁到沟口灾后重建工作的顺利开展,针对这些问题,提出了修建拦挡工程、改造排导槽并结合预警预报措施的防治对策。