强震区“宽缓”型沟道物源起动机理及动储量评价研究 ——以七盘沟为例
发布时间：2021-07-16 12:18
5.12汶川地震诱发了大量崩塌滑坡体,为震后泥石流的爆发提供了丰富的松散固体物质,震后大多拦挡坝被淤满,防治效果不甚理想,其根本原因为对特殊的震后泥石流物源起动机理认识不深刻,工程设计所需的泥石流一次冲出量及动储量仍采用震前的常规计算方法,导致计算结果产生较大偏差。迄今为止,汶川地震已过去十年有余,震后泥石流以及雨季水流作用,使得沟道物源已逐渐成为了震后泥石流爆发的主要物源之一。“宽缓”型沟道因沟床坡降缓、平均宽度大、流域面积广的特点,利于堆积体淤积,震后极端天气可能爆发大规模泥石流。因此,研究震后“宽缓”型沟道物源的起动机理及动储量评价具有重要的理论科学价值和工程指导意义。本文以七盘沟下游“宽缓”型主沟为研究对象,在实地勘察,资料收集的基础上以理论分析、室内模型试验为研究手段,分析研究震区“宽缓”型泥石流沟道物源起动机理及侵蚀规律,并建立了动储量的评价模型。主要得到以下结论:（1）堆积体的颗粒含量及结构组成影响失稳侵蚀的变化过程。各侵蚀过程为:细粒土由前缘出现细沟,逐渐发展为拉槽直至后缘,形成冲沟;粗粒土由前缘坍滑失稳,呈溯源侵蚀的特点;上细下粗土由分层处开始侵蚀,其后逐渐贯穿至后缘...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
青林沟坝体淤满Fig.1-1Qinglingoudamfull
川地震诱发了大量崩塌滑坡体，为震后泥石流的爆发提供了丰富的松散固体物质，震后首批泥石流治理工程频频失效或受损，调查发现大多拦挡坝被淤满，防治效果不甚理想。例如，2010年8月13日都江堰八一沟泥石流爆发，导致各拦砂坝全部被淤满，坝下排导槽被掩埋；2010年8月14日汶川映秀红椿沟爆发泥石流，造成沟道内的拦挡工程大量损毁，灾后不得不重新补强修复；2013年7月11日陈家坝青林沟因暴雨引发泥石流，导致1#拦挡坝被淤满，副坝部分被冲毁，防护工程失效（如图1-1）；2019年10月16日调查可知，七盘沟上游2#拦挡坝被淤满（如图1-2）。图1-1青林沟坝体淤满图1-2七盘沟2#坝被淤满Fig.1-1QinglingoudamfullFig.1-2Qipangou2#damisfilled震后防护工程失效的原因包括工程设计参数选取偏小，例如对震后泥石流的一次冲出量及动储量的计算仍采用震前常规的计算方法。迄今为止，汶川地震已过去11年，震后泥石流以及雨季水流的作用，使地震瞬时产生的崩滑物源淤积于沟道内，沟道物源已逐渐成为了震后泥石流爆发的主要物源之一。震区沟道形态特征各不相同，有学者[1]根据沟道形态特征将震后震区泥石流沟道分为“宽缓”型和“窄陡”型两类。“宽缓”型主要表现为：1）流域面积X1>10Km2；2）沟床平均纵坡降X4<200‰；3）流域宽度局部可达到80-100m。“窄陡”型主要表现为：1）流域面积X1<2Km2；2）沟床平均纵坡降X4>300‰；3）流域平均宽度小于50m。其中，“宽缓”型沟道平缓开阔，利于淤积，震后泥石流爆发或者降雨作用导致崩滑物源的局部搬运，使得震后“宽缓”型沟道物源丰富。对震后“宽缓”型沟道物源的调查分析可知，因“宽缓”型沟道利于淤积，故物源颗粒级配范围较广，从10-6m到101m，包含粒径大于数米的巨石，或小于0.005mm的黏粒。其?
西南科技大学研究生硕士论文2淤积物，其上覆土压力等于自重应力，属于正常固结。震后时间短，同时沟道堆积体松散，孔隙度较大，固结作用仍微弱（如图1-3）。震后不同频次的泥石流爆发或者降雨作用导致的沟道物源局部搬运使得“宽缓”型主沟段沟道堆积体容易堆叠分层（如图1-4、图1-5），每一层堆积体往往对应了震后不同时期的泥石流爆发后或者降雨作用下物源局部搬运后的沟道淤积体。因此，震区震后“宽缓”型沟道物源具有“宽级配、弱固结、易分层”的特点。图1-3沟道堆积体孔隙特征（2019年）图1-4沟道物源堆叠分层（2013年）Fig.1-3PorecharacteristicsoftrenchaccumulationsFig.1-4Channelsourcestackinglayering图1-5沟道物源堆叠分层（2019年）Fig.1-5Channelsourcestackinglayering1.1.2研究意义震后震区“宽缓”型沟道物源起动机理的研究目的是探究震区特有的“宽级配、弱固结、易分层”的沟道堆积体在不同降雨条件下的起动、侵蚀、失稳机制。分析粗细颗粒在物源起动过程中所起的作用及土体分层效应的影响。通过室内模型实验，研究不同堆积体在降雨作用下的起动失稳及侵蚀规律，以最终的侵蚀量作为动储量，建立以降雨强度为影响因子的动储量评价模型，可为震区震后泥石流防护工程设计所需的动储量计算提供一定的参考依据。1.2研究现状关于泥石流沟道物源的起动机理及动储量评价研究，国内外已取得一定的成果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽级配弱固结土体内细颗粒迁移规律研究评述[J]. 郭朝旭,崔鹏. 山地学报. 2017(02)
[2]降雨强度对泥石流起动影响的模型试验研究[J]. 周健,杜强,李翠娜. 自然灾害学报. 2016(03)
[3]泥石流运动阻力特性及其研究进展[J]. 崔鹏,唐金波,林鹏智. 四川大学学报(工程科学版). 2016(03)
[4]砾石土分形特征及其与泥石流启动关系试验[J]. 贺拿,曾梅,陈宁生,李涛,陈容. 山地学报. 2016(01)
[5]泥石流启动试验的数值模拟研究[J]. 周健,杜强,于仕才. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(09)
[6]泥石流启动的临界地表径流深度研究[J]. 张雄,裴向军. 成都大学学报(自然科学版). 2014(03)
[7]基于PFC2D软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟[J]. 左正金,李才,王硕楠,胡媛媛,左伟. 水电能源科学. 2014(09)
[8]黏性泥石流沟床冲刷深度研究[J]. 赵彦波,游勇,柳金峰,陈兴长. 岩土力学. 2014(06)
[9]浆体黏度和级配颗粒组合条件下泥石流冲击特性模型试验[J]. 何晓英,唐红梅,陈洪凯. 岩土工程学报. 2014(05)
[10]震后沟道泥石流启动条件——松散堆积体雨中失稳的水力学机制分析[J]. 吴永,何思明,裴向军,李新坡. 岩土力学. 2012(10)
博士论文
[1]舟曲泥石流固体物源特征及预警预报研究[D]. 樊姝芳.兰州大学 2018
[2]浆体与级配颗粒组合条件下泥石流冲击特性实验研究[D]. 何晓英.重庆交通大学 2014
硕士论文
[1]沟谷型泥石流形成、演化及治理方案研究[D]. 王邦阳.昆明理工大学 2016
[2]泥石流流动特性数值模拟及综合治理模式研究[D]. 徐江.兰州理工大学 2014
[3]西藏大古水电站工程区泥石流发育特征及工程影响研究[D]. 董招胜.成都理工大学 2013
[4]汶川震区典型暴雨泥石流形成特征与条件的实验研究[D]. 曹屹东.成都理工大学 2009
本文编号：3286995
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
青林沟坝体淤满Fig.1-1Qinglingoudamfull
川地震诱发了大量崩塌滑坡体，为震后泥石流的爆发提供了丰富的松散固体物质，震后首批泥石流治理工程频频失效或受损，调查发现大多拦挡坝被淤满，防治效果不甚理想。例如，2010年8月13日都江堰八一沟泥石流爆发，导致各拦砂坝全部被淤满，坝下排导槽被掩埋；2010年8月14日汶川映秀红椿沟爆发泥石流，造成沟道内的拦挡工程大量损毁，灾后不得不重新补强修复；2013年7月11日陈家坝青林沟因暴雨引发泥石流，导致1#拦挡坝被淤满，副坝部分被冲毁，防护工程失效（如图1-1）；2019年10月16日调查可知，七盘沟上游2#拦挡坝被淤满（如图1-2）。图1-1青林沟坝体淤满图1-2七盘沟2#坝被淤满Fig.1-1QinglingoudamfullFig.1-2Qipangou2#damisfilled震后防护工程失效的原因包括工程设计参数选取偏小，例如对震后泥石流的一次冲出量及动储量的计算仍采用震前常规的计算方法。迄今为止，汶川地震已过去11年，震后泥石流以及雨季水流的作用，使地震瞬时产生的崩滑物源淤积于沟道内，沟道物源已逐渐成为了震后泥石流爆发的主要物源之一。震区沟道形态特征各不相同，有学者[1]根据沟道形态特征将震后震区泥石流沟道分为“宽缓”型和“窄陡”型两类。“宽缓”型主要表现为：1）流域面积X1>10Km2；2）沟床平均纵坡降X4<200‰；3）流域宽度局部可达到80-100m。“窄陡”型主要表现为：1）流域面积X1<2Km2；2）沟床平均纵坡降X4>300‰；3）流域平均宽度小于50m。其中，“宽缓”型沟道平缓开阔，利于淤积，震后泥石流爆发或者降雨作用导致崩滑物源的局部搬运，使得震后“宽缓”型沟道物源丰富。对震后“宽缓”型沟道物源的调查分析可知，因“宽缓”型沟道利于淤积，故物源颗粒级配范围较广，从10-6m到101m，包含粒径大于数米的巨石，或小于0.005mm的黏粒。其?
西南科技大学研究生硕士论文2淤积物，其上覆土压力等于自重应力，属于正常固结。震后时间短，同时沟道堆积体松散，孔隙度较大，固结作用仍微弱（如图1-3）。震后不同频次的泥石流爆发或者降雨作用导致的沟道物源局部搬运使得“宽缓”型主沟段沟道堆积体容易堆叠分层（如图1-4、图1-5），每一层堆积体往往对应了震后不同时期的泥石流爆发后或者降雨作用下物源局部搬运后的沟道淤积体。因此，震区震后“宽缓”型沟道物源具有“宽级配、弱固结、易分层”的特点。图1-3沟道堆积体孔隙特征（2019年）图1-4沟道物源堆叠分层（2013年）Fig.1-3PorecharacteristicsoftrenchaccumulationsFig.1-4Channelsourcestackinglayering图1-5沟道物源堆叠分层（2019年）Fig.1-5Channelsourcestackinglayering1.1.2研究意义震后震区“宽缓”型沟道物源起动机理的研究目的是探究震区特有的“宽级配、弱固结、易分层”的沟道堆积体在不同降雨条件下的起动、侵蚀、失稳机制。分析粗细颗粒在物源起动过程中所起的作用及土体分层效应的影响。通过室内模型实验，研究不同堆积体在降雨作用下的起动失稳及侵蚀规律，以最终的侵蚀量作为动储量，建立以降雨强度为影响因子的动储量评价模型，可为震区震后泥石流防护工程设计所需的动储量计算提供一定的参考依据。1.2研究现状关于泥石流沟道物源的起动机理及动储量评价研究，国内外已取得一定的成果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽级配弱固结土体内细颗粒迁移规律研究评述[J]. 郭朝旭,崔鹏. 山地学报. 2017(02)
[2]降雨强度对泥石流起动影响的模型试验研究[J]. 周健,杜强,李翠娜. 自然灾害学报. 2016(03)
[3]泥石流运动阻力特性及其研究进展[J]. 崔鹏,唐金波,林鹏智. 四川大学学报(工程科学版). 2016(03)
[4]砾石土分形特征及其与泥石流启动关系试验[J]. 贺拿,曾梅,陈宁生,李涛,陈容. 山地学报. 2016(01)
[5]泥石流启动试验的数值模拟研究[J]. 周健,杜强,于仕才. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(09)
[6]泥石流启动的临界地表径流深度研究[J]. 张雄,裴向军. 成都大学学报(自然科学版). 2014(03)
[7]基于PFC2D软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟[J]. 左正金,李才,王硕楠,胡媛媛,左伟. 水电能源科学. 2014(09)
[8]黏性泥石流沟床冲刷深度研究[J]. 赵彦波,游勇,柳金峰,陈兴长. 岩土力学. 2014(06)
[9]浆体黏度和级配颗粒组合条件下泥石流冲击特性模型试验[J]. 何晓英,唐红梅,陈洪凯. 岩土工程学报. 2014(05)
[10]震后沟道泥石流启动条件——松散堆积体雨中失稳的水力学机制分析[J]. 吴永,何思明,裴向军,李新坡. 岩土力学. 2012(10)
博士论文
[1]舟曲泥石流固体物源特征及预警预报研究[D]. 樊姝芳.兰州大学 2018
[2]浆体与级配颗粒组合条件下泥石流冲击特性实验研究[D]. 何晓英.重庆交通大学 2014
硕士论文
[1]沟谷型泥石流形成、演化及治理方案研究[D]. 王邦阳.昆明理工大学 2016
[2]泥石流流动特性数值模拟及综合治理模式研究[D]. 徐江.兰州理工大学 2014
[3]西藏大古水电站工程区泥石流发育特征及工程影响研究[D]. 董招胜.成都理工大学 2013
[4]汶川震区典型暴雨泥石流形成特征与条件的实验研究[D]. 曹屹东.成都理工大学 2009
本文编号：3286995
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