兰州平山造地工程中溃坝泥流的潜在灾害评价

作     者：闫彬彬 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张帆宇

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：平山造地 堆填坝 溃坝 泥流 堆积范围 潜在灾害评价 

摘      要：城镇化是一个国家在迈向现代化过程中的必由之路,但随着近年来城市面积的迅速扩张,一些山地和河谷城市开始出现土地资源短缺的问题。兰州市作为我国一个典型的河谷型带状城市,城区土地资源极度匮乏,社会、经济发展受到严重制约。从2000年开始,兰州市开始开展平山造地运动,平山造地工程在给城市发展创造了大量空间的同时,也带来了一些城市地质灾害的安全隐患。由于平山造地工程发展历程较短,所以当前关于平山造地工程方面的研究也普遍较少,而关于平山造地工程中溃坝泥流的研究,对保障平山造地工程中的城市安全具有重要的社会经济价值,同时,可以为城市地质灾害的有效预防提供实际的参考意义。本研究以兰州平山造地区为研究对象,通过搜集资料、现场调查、实验室测试、遥感影像技术、数值模拟分析等多种手段和多种方法,调查平山造地工程类型,绘制平山造地工程分布图,统计平山造地工程数量和规模,阐述平山造地工程的分布规律和时期演化规律等;并且,对兰州平山造地区发生的什川淤地坝溃坝—泥流链生灾害进行灾害机理和特征分析;最后,根据前期的调查结果和分析结果,运用修改后适用于平山造地区的LAHARZ泥流堆积范围模拟程序,对兰州市93处平山造地工程的潜在泥流堆积范围进行了模拟预测,分析了兰州平山造地工程中潜在溃坝泥流对兰州市城市安全带来的影响。兰州平山造地工程的工程类型可分为削平山顶型、沟谷单侧拓宽型和沟谷双侧拓宽型三种类型,不同的工程类型由于施工方式之间的差异,在不同规模的平山造地工程中占比不同,但三种工程类型之间又存在着演变转化关系。兰州平山造地工程的发展截止到目前为止,经历了四个阶段,2000年—2005年为起始阶段、2005年—2010年为增速阶段、2010年—2015年为快速阶段和2015年—2020年的减速阶段,同时,兰州平山造地工程面积与挖填方体积在时间上的变化也呈现了同样的规律。兰州什川平山造地区由于施工措施、坝体构筑工艺以及固有地貌弱点等综合原因,造成了什川淤地坝溃坝—泥流链生灾害的发生,使用非饱和带地下水数值模拟程序VS2DI对淤地坝的模拟结果表明,淤地的施工工艺在工程当中的使用和不透水花岗岩的下伏地层导致填方区地下水停滞,同时,容易受水流作用侵蚀的黄土坝并未设计排水设施,最终导致坝体溃决产生泥流链生灾害。因此,类似工程中坝体的坝芯位置应使用一些高塑性的材料进行防水,同时也应该设计排水措施,降低由于地下水停滞带来的高孔隙水压力。此外,在泥流的运动和沉积的过程中,沟壑宽度和地形坡度对其产生了显著的影响作用。平山造地工程已经在黄土高原地区变得非常普遍,堆填坝或者淤地坝的建设在一定程度上解决了一些难题,但是也存在一定的安全隐患,一旦发生水毁溃坝,这将会导致淤填物运能量的突然释放,引发链生泥流灾害。采用修改后的LAHARZ泥流堆积范围模拟程序对兰州市93处平山造地工程的潜在泥流堆积范围模拟结果表明,兰州市主城区和皋兰县由于所处位置为河谷地带,区域地势平坦且海拔较低,平山造地区的潜在泥流普遍有流向城区的趋势,容易对城市安全造成威胁;兰州新区地势较高,遭遇泥流威胁性较小;其他区域也有一定的平山造地工程分布,但是区域内人口和建筑较少,所以对人口的生命和财产安全威胁较小。此外,对堆填坝溃坝灾害的堆积运动特征分析结果可以为相应的灾害风险分析提供参考依据。