都汶高速公路彻底关沟泥石流梯级拦砂坝的消能效应分析

发布时间：2017-06-08 11:06

  本文关键词：都汶高速公路彻底关沟泥石流梯级拦砂坝的消能效应分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汶川大地震对当地地形地貌及地质结构产生了巨大破坏,直接触发及间接诱发了大量崩塌滑坡,为震后泥石流的暴发提供了丰富的固体物源。地震过程中,崩塌、滑坡堆积体直接于流域沟道内堆积,部分或完全沟道堵塞。雨季到来时,洪水冲蚀裹挟沟道表层松散堆积物,不断对沟底进行铲蚀,对两侧沟岸冲蚀掏空。崩塌、滑坡形成的堆积体,多呈松散杂乱堆积,边界极不规则,毫无稳定性可言,经沟道洪水对堆积坡脚冲蚀掏空,产生滑动、垮塌参与到泥石流形成中则成为了必然结果,成为沟道泥石流形成的重要组成因素。为了将泥石流固体物源留在山谷中,阻止或减少泥石流沟口冲出量,从而保护下游人民的生产生活安全,其工程措施是常常选择在沟道合适地段设立不同类型拦挡坝、拦砂坝、隔栅坝等坝体,以达到控制泥石流冲出量的目的。拦挡坝除了对泥石流固体物源起到停淤作用外,由于较高坝体产生的巨大临空面,对泥石流体产生很强的消能作用,随着沿程动能耗散,尤其是泥石流过坝时产生动能大量耗散,大粒径块石即出现沿程逐级停淤,而细粒物质随流体前进。沿程流体势能得不到足够补充,动能严重耗散,流体固体物源沿程停淤分选,保证了冲出沟口部分流速较缓、动能较小,颗粒粒径较小,对下游冲击力有限。而经大量调查证明,泥石流造成的重大破坏多为较高的流速及裹挟的巨型碎块石构成,当此两项重要破坏因素都不复存在时,拦挡工程即取得了较好的防灾效益。泥石流能量耗散机理是泥石流运动学的科学问题之一,本文基于流体力学,对修建有4座拦砂坝的彻底关沟泥石流系统建坝前后泥石流结构成分、运动状态通过建立大量物理模型和数学模型进行理论推导分析,将整个流域内泥石流系统分为几部分分别进行细致理论探讨,提出不同库容形状时的体积计算方法,分析计算流体中块石运动状态,泥石流体过坝消能机理等。最后又对梯级拦砂坝对整个沟域的影响进行整体评价,对进一步认识泥石流动力学特性有一定科学价值,并且,为今后泥石流拦挡坝的防治效益评估提供部分参考。
【关键词】：梯级拦砂坝 水跃 库容 能量耗散率 逐级停淤
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.56;P642.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 前言8-16
• 1.1 选题背景和研究意义8-11
• 1.1.1 选题背景8-11
• 1.1.2 研究目的及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 泥石流拦砂坝防治工程研究现状12
• 1.2.2 梯级拦砂坝对泥石流消能研究现状12-13
• 1.3 本论文的研究思路、研究内容及技术路线13-16
• 1.3.1 研究思路13-14
• 1.3.2 主要研究内容14-16
• 第2章 泥石流梯级拦砂坝库容淤积特征与分析16-48
• 2.1 泥石流形成因素及运动特征影响因素16-21
• 2.1.1 地形因素16-18
• 2.1.2 物源因素18-20
• 2.1.3 水源因素20-21
• 2.2 坝后堆积物结构成分特征研究21-35
• 2.2.1 坝后堆积物空间分布特征21-26
• 2.2.2 坝后沟床回淤纵比降变化26-28
• 2.2.3 堆积物颗粒级配变化28-35
• 2.3 停淤区堆积体对沟域的重塑作用35-48
• 2.3.1 对两岸松散坡体护坡作用35-37
• 2.3.2 库区堆积物回淤对沿程沟床保护作用37-40
• 2.3.3 坝后回淤区泥石流运动能的损失及固体物质停淤分析40-48
• 第3章 梯级拦砂坝对泥石流消能作用48-78
• 3.1 单坝对泥石流消能分析48-71
• 3.1.1 物理模型的构建48-52
• 3.1.2 流体过坝消能过程分析52-56
• 3.1.3 基于断面单位能量对泥石流运动状态的评估56-60
• 3.1.4 坝后回淤区间流体中石块运动特征分析60-64
• 3.1.5 坝体消能过程中石块对溢流口及坝基的损耗64-71
• 3.2 梯级拦砂坝消能作用分析71-78
• 3.2.1 四级连续拦砂坝模型的构建71-73
• 3.2.2 梯级拦砂坝消能机理及对应泥石流特性变化分析73-76
• 3.2.3 梯级拦砂坝消能效果分析76-78
• 第4章 彻底关沟泥石流防治工程效益分析78-84
• 4.1 物源冲出量防治效果78-80
• 4.2 沟口泥石流冲出流速及冲击力分析80-84
• 第5章 结论与展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 攻读学位期间取得的学术成果90

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本文编号：432298