舟曲三眼峪沟泥石流灾害形成机理及综合防治研究

发布时间：2020-09-17 16:03

　　我国是世界上泥石流灾害最严重的国家。本世纪以来,随着地震活动频发,在强震区内泥石流强度和频度显著高于震前水平。强震区泥石流不仅物源储量丰富、启动阈值低、堵溃效应明显,同时在地形陡峭沟谷地区,还形成了高位滑坡崩塌型泥石流,即物源源自高陡山坡上的地震崩塌滑坡堆积体或震裂山体,具有极高的重力势能,破坏力极强,可称之为“高位泥石流”。其中,发生于2010年8月8日的甘肃舟曲三眼峪沟特大高位泥石流造成了1765人死亡,成为建国以来伤亡最为惨重的地质灾害,举世震惊。因此,本文选取了三眼峪沟泥石流作为高位泥石流研究对象。通过对“8·8”灾害开展现场精细描述、工程地质分析、遥感影像解译、数值模拟等方法手段,研究了三眼峪沟泥石流的形成条件和高位成灾特征,提出适用于强震区高位泥石流的新型防治技术。(1)三眼峪沟流域属典型的高山峡谷地貌,支沟众多,纵坡降较大,为泥石流的形成提供了有利的地形条件;通过遥感影像解译等手段分析,认为流域内物源具有明显的强震区高位泥石流物源特征,即物源储量丰富,总量达到4143.92×10~4m~3,崩坡积物、滑坡、危岩体类型物源占物源总储量的71.12%;物源分布面积极广,与沟口相对高差大于500m的物源占总储量的91.74%,具备了极高的重力势能。(2)通过现场精细调查、灾后遥感影像解译等手段,发现“8·8”三眼峪沟泥石流具有高位启动特征,形成过程可分为高位崩塌转化为清水性水石流和运动过程中动力侵蚀转化为泥石流两个阶段:强降雨作用下流域上部松散物源形成水石流;运动过程中侵蚀流域中下游物源,形成特大型泥石流。在侵蚀过程中还发生明显的堵溃效应,在运动过程中共发生3次堵溃,根据改进的顶峰流量计算公式,三眼峪沟泥石流在堵溃时瞬时流量最高可到3831.14m~3/s,瞬时流量比正常流量增加了约1800m~3/s,堵塞系数最高可达11.93。(3)利用LS-RAPID软件对泥石流开展全过程模拟,结果显示三眼峪沟泥石流流速最大可达15.77m/s,灾害自启动至成灾整个过程耗时13分16秒。根据泥石流的动力学与成灾特征,提出强震区高位泥石流新型分区方法,即高位启动区、惯性加速区、动力侵蚀区以及流通堆积区,较好的解释了强震区高位泥石流的动力学特征和成灾过程。(4)根据强震区高位泥石流的动力学特征及新型分区方法,提出了综合防治设计模式:惯性加速区降低泥石流侵蚀能力、动力侵蚀区减少物源、流通堆积区加大排导,以及排导技术与监测预警系统相结合的风险管理技术。该设计模式成功指导了三眼峪泥石流防治工程的实施:在高位启动区和惯性加速区设计了新型的钢筋混凝土桩梁组合结构,以拦截流体中的碎块石与抵挡巨大块石的冲击,降低泥石流侵蚀能力;在动力侵蚀区设计了重力式拦挡坝,以拦截流体中的剩余物质并控制物源启动;在流通堆积区采取分级防护的复式断面排导系统,主流槽和复式断面可分别防护百年一遇以及超百年一遇规模的泥石流;监测系统开展针对高位启动区的预警,以便获得充足的应急避险时间,并与复式排导系统相结合,形成综合风险防控体系,将泥石流的成灾风险降到最低。(5)新型透水型拦挡结构——钢筋混凝土桩梁组合结构充分发挥了巨石堆积体的自承特性,显著提升了抵抗泥石流冲击能力。有限元数值模拟结果表明,巨石堆积与桩梁组合结构耦合产生了桩前拱圈效应,可直接降低后续泥石流对结构的冲击荷载,并使结构受力更均匀。
【学位单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P642.23
【部分图文】：

技术路线图,创新点,研究特色

技术路线图

交通地理,位置图,甘肃

甘肃舟曲县交通地理位置图

类型分区,冒地槽,白龙,南带

甘肃白龙江流域地貌类型分区图

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