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人民长江 2022年第1期53卷 38-42,53页

作者：彭章强周伟许佳路杨立成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

拦砂坝削峰效应是衡量拦砂坝防治效益的一个重要指标。为研究泥石流重力式拦砂坝的削峰效果,利用SPH建立三维模型,对比分析数值模拟与物理试验两种不同方法的模拟结果,论证SPH模型的可用性;并以四川省绵竹市清平乡文家沟为例,估算不同... 详细信息

拦砂坝削峰效应是衡量拦砂坝防治效益的一个重要指标。为研究泥石流重力式拦砂坝的削峰效果,利用SPH建立三维模型,对比分析数值模拟与物理试验两种不同方法的模拟结果,论证SPH模型的可用性;并以四川省绵竹市清平乡文家沟为例,估算不同泥石流事件下拦砂坝对过坝泥石流的削峰比例。研究结果表明:泥石流削峰效应受总库比和泥石流重度的影响,削峰率与总库比呈对数关系,与泥石流重度呈线性关系;在数值模拟结果与物理试验结果的对比中,两种方法的相对误差均值为12%,采用SPH模型研究泥石流削峰效应可行;对文家沟泥石流事件进行削峰分析时,获得了近年来文家沟泥石流的削峰率均值为53%,较好地量化了拦砂坝对泥石流的削峰效应。

关键词：拦砂坝削峰效应 SPH模型文家沟四川省

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泥石流在拦沙坝后的回淤坡度和削峰效应实验研究

泥石流在拦沙坝后的回淤坡度和削峰效应实验研究

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作者：胡伟成都理工大学

学位级别：硕士

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑,地形险峻的地区,因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的洪流。泥石流是一种灾害性的地质现象,通常泥石流爆发突然、来势凶猛,可携带巨大的石块,具有强大的能量,破坏... 详细信息

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑,地形险峻的地区,因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的洪流。泥石流是一种灾害性的地质现象,通常泥石流爆发突然、来势凶猛,可携带巨大的石块,具有强大的能量,破坏性极大,因此对于泥石流的防治非常重要。拦沙坝是防治泥石流最具重要性和有效性的防治工程之一,是建在泥石流流通区-堆积区内的一种横断沟床的人工建筑物。拦沙坝的一个重要参数就是库容,而回淤坡度直接影响拦截库容和工程效益,因此它是一项很重要的参数。目前对于泥石流的回淤坡度研究主要集中于小流域的经验判断,现在的计算方法比较混乱,计算结果相差比较大。拦沙坝同时也具有削减泥石流洪峰流量的功能,坝体拦截泥石流中的粗大颗粒,其余浆体通过排水孔或溢流口到达拦沙坝下游,这样进入下游的泥石流体峰值流量会有所降低。洪峰流量是泥石流造成灾害最主要的因素之一,对拦沙坝削峰效应规律的研究,对泥石流防灾减灾也非常重要。由于野外观测困难,目前只有一些经验的估算方法,缺乏削峰效应的理论计算方法。本文在前人较多经验判断公式与结论的基础上,进行相关研究因素的选取,然后进行室内试验,研究了底坡坡度和屈服应力对泥石流在拦沙坝后的回淤坡度的影响,并最终得出泥石流在拦沙坝后的回淤坡度的计算方法,并采用汶川的牛圈沟、新桥沟、桃关沟,石棉县的阴山沟和云南大桥河的支沟浑水沟这五个案例进行验证。另外,本文还通过室内试验的方法,研究了泥石流的总量与拦沙坝库容的比值(简称总库比)与屈服应力对拦沙坝的削峰效应的影响,并采用云南大盈江浑水沟案例进行验证。主要得到以下几点结论:(1)泥石流总量大于或小于库容的情况下,回淤坡度基本相同,没有区别;通过对比实验研究,底坡坡度对回淤坡度也没有影响。(2)泥石流的屈服应力τ越大,代表泥石流的粘性越强,泥石流的淤积厚度越大,泥石流在坝后的回淤坡度越大。泥石流中的粗颗粒D90越大,在拦挡坝中的沉降越快,拦挡坝中的泥石流表面的粗颗粒越少,泥石流容重越小,泥石流的屈服应力越小,回淤坡度越小。泥石流的容重ρg的变化幅度范围较小,一般地,容重越大,泥石流的屈服应力也越大,泥石流回淤坡度越大,但屈服应力增长的幅度远大于容重的增长幅度。将以上影响回淤坡度的参数经过无量纲处理,得到无量纲化屈服应力(τ/ρg D90)。无量纲化屈服应力(τ/ρg D90)反映了泥石流的性质与泥石流在拦沙坝后的回淤坡度关系,是影响回淤坡度的决定因素。无量纲化屈服应力越大,回淤坡度越大,反之,回淤坡度越小。本文得到一个量纲和谐的泥石流在拦沙坝后的回淤坡度公式,该公式为:tan(α)=0.075τ*0.317该公式用于汶川县的牛圈沟、新桥沟、桃关沟,石棉县的阴山沟这四个野外实地调查案例和云南大桥河的支沟浑水沟这一文献资料案例对本回淤坡度的研究成果进行验证,本回淤坡度研究成果误差较小,非常接近。(3)在削峰效应研究中,泥石流的总量与拦沙坝库容的比值(总库比)是影响削峰效应的重要因素之一,总库比越大,库容对泥石流总量的削减作用越小,削峰效果越差。同时,无量纲化屈服应力τ*也是影响削峰效应的重要因素之一,τ*越大,泥石流粘性越强,在拦沙坝前的堆积厚度越大,致使拦沙坝的有效拦挡高度减小,削峰效果越差。(4)在泥石流的削峰中,当泥石流总量和库容之比(简称总库比(W/C))小于0.5时,泥石流被拦沙坝完全拦住,没有坝后流量,拦沙坝的削峰达到100%。在泥石流的削峰中,当总库比(W/C)=1时,拦沙坝对于泥石流的削峰达到70%左右。(5)在稀性、粘性泥石流削峰中,当总库比(W/C)分别超过55、30时,削峰作用可以忽略不计。在总库比(W/C)介于1～55时,坝后流量与坝前流量的关系可由下式计算:当τ*<0.1时,当τ*≥0.1时,

关键词：泥石流拦沙坝回淤坡度削峰效应屈服应力

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