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科学技术与工程 2024年第20期24卷 8444-8453页

作者：张友谊王渝源王云骏西南科技大学土木工程与建筑学院绵阳621010 贵州黔程弘景工程咨询有限责任公司贵阳550018

桩林坝是一种以桩为基础的竖向格子坝,既有良好的受力条件,又相对节约材料,同时拥有“拦粗排细”的功效,现有桩林坝的研究,多在冲击荷载、拦截固源和调控泥石流性能等方面构建不同布置形式的桩林坝模型。以杨家沟为例,通过野外现场踏勘... 详细信息

桩林坝是一种以桩为基础的竖向格子坝,既有良好的受力条件,又相对节约材料,同时拥有“拦粗排细”的功效,现有桩林坝的研究,多在冲击荷载、拦截固源和调控泥石流性能等方面构建不同布置形式的桩林坝模型。以杨家沟为例,通过野外现场踏勘和数值仿真计算,基于Flow-3D软件开展数值模拟研究,建立不同布置形式(单排桩、双排桩、桩间距、排间距)的桩林坝模型,探讨不同影响因素下桩林坝坝基冲刷侵蚀规律。结果表明:桩林坝的整体设计中桩林不宜过密,桩间距和排间距以2.5 m为宜;单排桩的稳定性较弱,在泥石流冲击下极易发生剪切破坏,且对上游的“固源”作用远不如多排桩,但单排桩的冲刷深度及侵蚀规模均小于多排桩。研究成果对桩林坝的布置形式及冲刷机制提供数据支撑,并为震后泥石流防治工程设计提供参考。

关键词：桩林坝泥石流冲刷深度冲刷侵蚀

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桩林坝拦截泥石流闭塞表现及其影响因素

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防灾减灾工程学报 2021年第6期41卷 1350-1357页

作者：杨开成游勇柳金峰孙昊刘洋刘道川中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院山地灾害与地表过程重点试验室四川成都610041 中国科学院大学北京100049

开口闭塞表现及其临界值判别是桩林泥石流拦砂坝设计中的关键因素,然而目前国内外对桩林坝的相关研究还较少。通过开展桩林坝拦截泥石流试验,分析了泥石流重度、坝体排数、排间距、横向开口宽度等因素对桩林坝闭塞表现的影响。研究表明... 详细信息

开口闭塞表现及其临界值判别是桩林泥石流拦砂坝设计中的关键因素,然而目前国内外对桩林坝的相关研究还较少。通过开展桩林坝拦截泥石流试验,分析了泥石流重度、坝体排数、排间距、横向开口宽度等因素对桩林坝闭塞表现的影响。研究表明:桩林坝闭塞存在全闭塞、半闭塞、不闭塞三种类型。泥石流重度与桩林坝闭塞度呈正相关关系。当桩林排数从一排增加至两排时闭塞度有较大提高。排间距、开口宽度与桩林坝闭塞度成负相关关系。基于试验数据及多元回归分析提出了桩林坝闭塞度的经验计算公式。同时提出了桩林坝拦截泥石流临界综合闭塞判据F,当F≤8.1时,桩林坝表现为全闭塞类型;8.1桩林坝表现为半闭塞类型;F≥27.5时,桩林坝表现为不闭塞类型。

关键词：桩林坝泥石流闭塞表现临界判据

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桩林坝调控泥石流的性能实验研究

桩林坝调控泥石流的性能实验研究

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作者：杨开成中国科学院大学(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所)

学位级别：硕士

桩林坝属于一种立体透过型拦砂坝,我国运用桩林坝的历史最早可以追溯到1937年,因为其对泥石流有较好的防治效果,多年来桩林坝在我国泥石流多发区域,特别是四川和西藏等地均有较好的运用。虽然自20世纪50年代开始我国泥石流防治研究进入... 详细信息

桩林坝属于一种立体透过型拦砂坝,我国运用桩林坝的历史最早可以追溯到1937年,因为其对泥石流有较好的防治效果,多年来桩林坝在我国泥石流多发区域,特别是四川和西藏等地均有较好的运用。虽然自20世纪50年代开始我国泥石流防治研究进入了高速发展阶段,然而桩林坝的研究却仍然较少,特别是对泥石流的拦截及调控机理不明确,桩林坝处于理论研究落后于工程建设的阶段,目前工程人员一般依靠经验设计建造桩林坝。因此,开展桩林坝拦截调控泥石流性能研究,可以为桩林坝的建设提供一定的理论依据,并进一步完善泥石流防治体系。为研究桩林坝拦截调控泥石流性能,在结合其他透过型拦砂坝研究成果及先期开展的预实验基础上,选取了泥石流重度、桩林坝横向开口净间距、桩林排数、桩林排净间距和桩体截面形状为实验参数,开展了桩林坝拦截调控泥石流室内水槽模型实验。通过分析桩林坝开口闭塞程度和拦截调控泥石流的性能,探讨泥石流过流现象及库内淤积特征,得到了以下结论:（1）桩林坝拦截泥石流过流过程从泥石流接触桩林坝开始到过流完全结束,可分为过流爬高、越坝飞溅、泄流三个阶段;基于实验数据,通过多元回归分析,建立了桩林坝开口闭塞度与泥石流泥砂体积浓度Cv、排数n、相对开口宽度b/d95、排数n、相对排间距l/d95、截面形状系数α之间的关系式。（2）按桩林坝拦截调控泥石流能力大小可将桩林坝开口闭塞表现分为三种类型:全闭塞类型、部分闭塞类型、不闭塞类型。为便于对桩林坝开口闭塞类型做出判别,提出了一种考虑无量纲参数泥石流泥砂体积浓度Cv、排数n、相对开口宽度b/d95、截面形状系数α的闭塞类型综合判别式F:（?）当F≤2.31时,桩林坝表现为全闭塞类型;2.31＜F＜6.01时,桩林坝表现为部分闭塞类型;F＞6.01时,桩林坝表现为不闭塞类型。（3）桩林坝拦截泥石流开口表现为全闭塞时,库内泥石流纵向淤积形态包括“凸”型、直线型和“凹”型三种,横向淤积形态为直线型;当桩林坝表现为部分闭塞时,库内泥石流纵向淤积形态包括“凸”型及“凹”型两种,接触段横向淤积形态复杂且随机性较强,受泥石流溃口位置的影响;当桩林坝表现为不闭塞类型时,库内仅有少量泥石流残留,纵向淤积形态成“凸”型,横向淤积形态为直线型。（4）桩林坝库内回淤纵坡及淤沙长度受泥石流重度、桩林坝开口宽度、桩林排数的控制,受桩林排间距的影响较小。基于实验数据,通过多元回归分析建立了桩林坝库内泥石流回淤纵坡的数学表达式。（5）桩林坝拦截调控泥石流的性能受多因素的影响,除重度因素外,各实验参数对桩林坝拦截泥石流拦砂率、重度削减率、峰值流量削减率的影响特征相同。在分析实验结果的基础上,通过多元回归分析建立了多排（n=2、3）和单排桩林坝拦砂率P、峰值流量削减率T与泥石流泥砂体积浓度Cv、排数n、相对开口宽度b/d95、相对排间距l/d95、截面形状系数α之间的关系式。桩林坝拦砂率:（?）（6）按过流曲线形态,可将桩林坝拦截泥石流流量过程划分为单波峰型曲线和双波峰型曲线两种类型。当桩林坝开口表现为全闭塞类型时,泥石流流量过程为单波峰型曲线;当开口表现为部分闭塞类型时,泥石流流量过程为双波峰型曲线;当开口表现为不闭塞类型时,泥石流流量过程包括单波峰型及双波峰型曲线两种。

关键词：泥石流桩林坝闭塞表现水槽实验拦砂性能

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基于数值模拟的桩林坝绕流冲刷研究

基于数值模拟的桩林坝绕流冲刷研究

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作者：王云骏西南科技大学

学位级别：硕士

汶川地震后地质灾害频发,国家及地方开展了大规模的地质灾害工程治理项目,一定程度上遏制了泥石流等地质灾害的发展。然而据调查显示,在强降雨作用下,大规模的泥石流活动导致各地治理工程受到不同程度的损坏,已部分或全部失去防灾减灾... 详细信息

汶川地震后地质灾害频发,国家及地方开展了大规模的地质灾害工程治理项目,一定程度上遏制了泥石流等地质灾害的发展。然而据调查显示,在强降雨作用下,大规模的泥石流活动导致各地治理工程受到不同程度的损坏,已部分或全部失去防灾减灾作用。其中,北川县杨家沟在“6.25”特大暴雨事件中发生大规模泥石流,布设在主沟沟道内的桩林坝损毁尤为严重。根据现场实际调查,由于原沟道堆积物松散,在泥石流强烈的冲刷侵蚀作用下,9～11#桩林坝的桩基大范围出露、悬空,从而发生倾倒变形、牵引破坏。而在整个冲刷过程中,桩林坝的冲刷形式则是与桥墩局部的绕流冲刷类似:流体在通过水下基础时受阻发生绕流,形成复杂多重的旋涡体系,进而产生高强度紊动,使得桩基周围产生强烈的冲刷。结合桩林坝的绕流特征和泥石流特性,本文采用数值模拟计算的方法与野外现场调查以及理论分析相结合,对不同布置形式(桩间距、排间距、防护措施和单排桩等)的桩林坝模型,探讨不同影响因素下(泥深、流速、沟道纵坡降)桩林坝冲刷侵蚀规律,得到了与其相适的冲刷模型,并得出以下主要结论:1)泥深、流速和沟道纵坡降与冲刷深度呈现正相关。在桩林坝的工程设计当中,桩林坝工程的选址上应尽量选择宽阔(泥深相对较小,≤2.5 m)流速较低(≤4.5 m/s)的沟段布设,应着重考虑沟道纵坡降对泥石流冲刷侵蚀的影响,宜在沟道纵坡降桩不同桩间距的侵蚀变化与多排桩得出的规律相反,当桩间距增大时(1.5～2.5 m),泥石流对沟道的侵蚀也随之增大,但单排桩的冲刷深度及侵蚀规模均小于多排桩。多排桩在排间距一定的情况下,桩间距(1.5～2.5 m范围)越大,泥石流对于沟道的侵蚀越小;在桩间距一定的情况下,排间距的大小(2～2.5 m范围)对桩林坝的绕流冲刷影响有限;桩林坝的整体设计中桩林不宜过密。3)有连梁的桩林坝前期冲刷形式与无连梁的不同。由于一次泥石流过流时长较长,带连梁桩林坝最终是以绕流冲刷的形式达到桩基最大冲刷深度。结合沟道纵坡的影响来看,在今后的工程设计当中带连梁的桩林坝适宜应用在相对平缓的沟道(≤4°),亦可考虑适当加大底部连梁厚度。对于防止桩林坝桩基处的冲刷侵蚀,带高垂裙的护坦在这几类防护措施中最为有效。4)本文采用多元线性回归的方法对稀性泥石流绕流桩林坝的冲刷侵蚀深与控制因素(桩群密度、泥深、流速以及沟道纵坡降)建立了最佳线性关系的回归模型,并予以验证冲刷模型误差在允许范围之内,能满足于泥石流绕流桩林坝的冲刷深度计算。

关键词：杨家沟泥石流桩林坝绕流冲刷数值模拟

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