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极端降雨与强人类活动复合作用下山洪灾害研究构想和成果展望

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 1-9页

作者：王协康四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室四川成都610065

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发,降雨强度与量级不断突破区域历史极值,同时叠加区域脆弱环境和强人类活动影响,致使山洪形成及演进致灾成因复杂多变,由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和社... 详细信息

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发,降雨强度与量级不断突破区域历史极值,同时叠加区域脆弱环境和强人类活动影响,致使山洪形成及演进致灾成因复杂多变,由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和社会双重属性,其形成发展是山丘区环境孕灾承灾因子复合作用的结果。中国山丘区局地气候独特,地质地貌类型众多,溪河水系复杂,人类活动影响突出。大量重大山洪灾害事件表明,极端降雨诱发的山洪过程及致灾特征各异,给山洪灾害预报预警防御造成极大困扰,山洪灾害研究仍是当前重大自然灾害防控的重点和难点。长期以来,中国山洪灾害研究多偏重于雨水情时空变化规律,着重研究降雨影响的山洪洪水淹没特征,据此推算山洪灾害防治区的临界雨量与水位阈值,在山洪灾害防治实践应用中取得了较为显著的成效,山洪灾害事件导致的人员伤亡数总体显著下降。然而,受山丘区降雨特征、下垫面组成、溪河形态及人类活动等多因素影响,山洪洪水形成演进时挟带大量泥沙,从而表现为山洪水沙、山洪泥石流等物理过程,导致的局地冲毁、淤埋、淹没等致灾成因及阈值与山洪洪水致灾也存在本质差异,这也是近年来中国重大山洪灾害事件多发的主要原因。针对极端降雨诱发多类型山洪形成演进与强人类活动复合作用致灾防御难题,亟需利用气象学、水文学及河流动力学等多学科知识,采用现场调查、物理试验、数值模拟及理论分析相结合的方法,从传统单一的山洪洪水灾害研究扩展为全类型山洪灾害(山洪洪水灾害、山洪水沙灾害、山洪泥石流灾害)研究,开展全类型山洪引发的冲毁—淤埋—淹没等复合致灾研究,系统探究中国重灾省区重大山洪灾害事件的强降水时空演变规律,剖析极端降雨与强人类活动复合作用下多类型山洪形成及其演进致灾范围、规模特征,揭示气象水文溪河响应与强人类活动影响的不同类型山洪灾害致灾成因,建立气象水文水沙动力过程模拟方法,辨识山丘区流域全类型山洪冲毁—淤埋—淹没风险,提出不同类型山洪灾害易发区识别方法,构建山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害分区分级多指标预警防御方法。该研究有利于提升中国山洪灾害理论技术研究水平,进一步完善中国山洪灾害防治对策。

关键词：山区流域极端降雨强人类活动山洪灾害致灾成因

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热表面上附壁燃料液滴蒸发特性实验

清华大学学报（自然科学版） 2024年第9期64卷 1597-1607页

作者：代尚沛贾旭宏田威丁思捷张晓宇汤婧朱新华中国民用航空飞行学院民航安全工程学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室广汉618307

泄漏或溢出的液体燃料接触到热表面会引起火灾。为减少此类火灾事故,该文研究了燃料液滴在热表面上的蒸发模式和传热机制。利用玻璃恒温加热板模拟热表面实验,研究了乙酸、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正庚烷和环己烷的热蒸发行为。采用红外... 详细信息

泄漏或溢出的液体燃料接触到热表面会引起火灾。为减少此类火灾事故,该文研究了燃料液滴在热表面上的蒸发模式和传热机制。利用玻璃恒温加热板模拟热表面实验,研究了乙酸、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正庚烷和环己烷的热蒸发行为。采用红外成像技术和体积估计法分析实验数据,揭示了不同液滴表面的各种热流型和形成机理。乙酸和乙醇液滴表面观察到热流波(hydrothermal waves, HTWs)和Bénard-Marangoni(B-M)流胞;丙酮和乙酸乙酯液滴表面观察到环状热流型;正庚烷液滴表面没有发现明显热流型,而环己烷液滴表面发现了双涡轮热流型。发现分子间氢键的形成和断裂与HTWs和Marangoni流胞的形成有关,液滴的蒸发速率主要由饱和蒸气压决定。实验结果表明:热流型对蒸发速率具有明显促进作用。

关键词：液体燃料附壁液滴热流型热表面蒸发速率

不同低气压环境下走廊火灾顶棚射流温度分布特征研究

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工程热物理学报 2024年第7期45卷 2166-2174页

作者：刘紫玮唐飞胡隆华孙协鹏张晓磊中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究,分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响,发现随着环境气压的降低,走廊顶棚火焰扩... 详细信息

顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究,分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响,发现随着环境气压的降低,走廊顶棚火焰扩展结构逐渐由半椭圆形变为“U”形;揭示了不同低气压环境对走廊火灾顶棚射流最高温升和纵向温度衰减的影响机制,建立了考虑不同低气压环境影响的走廊内顶棚下方中心和两侧温度分布的表征关系式。

关键词：顶棚射流走廊火灾环境气压火焰结构温度分布

基于COMSOL MULTIPHYSICS的高海拔松木阴燃数值模拟

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林业科技情报 2024年第1期56卷 1-4页

作者：徐捷沛黄蔚王皓良彭晓峰吴俊翰吴懿芃杨玖玲四川师范大学工学院成都610101 四川省高校重点实验室-公共火灾防治技术实验室成都610101

为探究西南高海拔森林地区的松木阴燃特性,该文根据阴燃机理采用COMSOL MULTIPHYSICS多物理场耦合软件建立了松木的一维阴燃模型。模型首先通过文献中常重力条件下的实验数据进行验证,然后通过设定不同林地海拔的压力、环境温度和氧气... 详细信息

为探究西南高海拔森林地区的松木阴燃特性,该文根据阴燃机理采用COMSOL MULTIPHYSICS多物理场耦合软件建立了松木的一维阴燃模型。模型首先通过文献中常重力条件下的实验数据进行验证,然后通过设定不同林地海拔的压力、环境温度和氧气分压来研究海拔高度对松木阴燃特性的影响。模型结果表明:随着海拔增加,阴燃生成的气体流速明显增加,达到质量损失速率峰值时间延迟;松木阴燃质量损失速率峰值随着海拔高度增加而下降;松木阴燃质量损失速率和炭氧化速率存在相关性。该文提出的数值模型可以预测不同海拔高度下松木的阴燃特性,为预防和控制西南高海拔林区的松木阴燃火灾提供一定的理论依据。

关键词：森林火灾高海拔阴燃数值模拟

基于SBAS-InSAR的黄河干流军功古滑坡形变分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第8期49卷 1407-1421页

作者：陈宝林李为乐陆会燕付豪周胜森黄维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 西安测绘总站陕西西安710054 滑坡灾害风险预警与防控应急管理部重点实验室四川成都610059 四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院四川成都610081 61287部队四川成都610036

2019-09-20,中国青海省玛沁县拉加镇军功古滑坡发生局部失稳,导致公路交通中断,严重威胁当地居民生命财产安全,亟需查明古滑坡的形变区和形变规律,为防治工程设计和监测预警提供参考。首先利用高分辨率卫星影像和数字高程模型数据并结... 详细信息

2019-09-20,中国青海省玛沁县拉加镇军功古滑坡发生局部失稳,导致公路交通中断,严重威胁当地居民生命财产安全,亟需查明古滑坡的形变区和形变规律,为防治工程设计和监测预警提供参考。首先利用高分辨率卫星影像和数字高程模型数据并结合现场调查,基于滑坡形态特征和形变迹象对古滑坡进行分区;然后利用2017-01-2020-12的Sentinel-1雷达卫星降轨数据,基于小基线集合成孔径雷达干涉测量技术(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)对古滑坡的地表形变特征和形变规律进行分析。基于滑坡形态特征和变形迹象,将古滑坡分为4个次级滑坡区,SBAS-InSAR形变结果显示古滑坡整体处于持续的缓慢蠕滑状态。滑坡强变形区主要位于公路开挖段,人类活动对古滑坡稳定性扰动较大,滑坡强变形区形变速率与降雨具有较好的响应关系。虽然古滑坡局部已进行了抗滑桩等工程治理,但由于古滑坡存在多级滑面,已有抗滑桩深度不够,虽发挥了一定的抗滑作用,但未起到完全阻止滑坡整体蠕滑变形的作用,建议后续治理工程应利用钻探等勘察技术手段查明多级滑面深度后进行设计施工,并在强形变区安装裂缝计等现场实时监测预警设备,结合雷达卫星InSAR中长期监测,实现对该滑坡点、面结合的监测预警。

关键词：军功滑坡古滑坡复活滑坡分区形变规律小基线集合成孔径雷达干涉测量

坝后淤积条件下泥石流冲击拦挡坝动力响应研究

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地球科学 2024年第3期49卷 1017-1027页

作者：王东坡廖承兴瞿华南闫帅星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 四川省地质环境调查研究中心四川成都610036

拦挡坝有效库容和泥石流冲击力是泥石流实体拦挡坝设计的重要指标,现有实体拦挡坝在泥石流反复冲击作用下淤积甚至填满,会对坝体调控能力产生重要影响.为此,基于理论分析和物理模型试验,开展坝后淤积条件下泥石流冲击实体拦挡坝动力响... 详细信息

拦挡坝有效库容和泥石流冲击力是泥石流实体拦挡坝设计的重要指标,现有实体拦挡坝在泥石流反复冲击作用下淤积甚至填满,会对坝体调控能力产生重要影响.为此,基于理论分析和物理模型试验,开展坝后淤积条件下泥石流冲击实体拦挡坝动力响应研究,推导坝后淤积条件下泥石流速度衰减率、坝体拦挡率的无量纲计算公式,并建立考虑空间分布特性的坝后淤积条件下泥石流冲击力计算模型.结果表明:泥石流速度衰减率和坝体拦挡率与淤积体高度/淤积长度比值和泥石流相对容重呈正相关;泥石流冲击力静动荷载组合计算模型能较好反映坝后淤积条件下泥石流冲击力的组成和分布特征.上述研究可为泥石流实体拦挡坝工程设计提供理论及技术支持.

关键词：实体拦挡坝坝后淤积速度衰减率拦挡率冲击力动力响应工程地质

马尔康6.0级震群地震藏族民居震害调查与分析

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土木工程学报 2024年第3期57卷 1-15页

作者：潘毅陈齐曹勇龙立琚诚可周祎西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室四川成都610031 西南交通大学建筑学院四川成都610031 成都大学四川成都610106

为掌握马尔康6.0级震群地震中藏族民居的震害情况,对地震灾区进行广泛的调查,总结藏族民居的建筑特点与结构特点,分析石木结构、木结构和生土结构的主要震害特征和破坏原因,并对不同结构类型的建筑震害数量和地质灾害隐患点数量进行统... 详细信息

为掌握马尔康6.0级震群地震中藏族民居的震害情况,对地震灾区进行广泛的调查,总结藏族民居的建筑特点与结构特点,分析石木结构、木结构和生土结构的主要震害特征和破坏原因,并对不同结构类型的建筑震害数量和地质灾害隐患点数量进行统计和分析。研究结果表明:此次地震中,石木结构震害较严重,主要破坏特征为整体倒塌、局部倒塌、墙体破坏、梁柱破坏和屋盖破坏。木结构震害较轻,主要破坏特征为围护墙倒塌、开裂以及屋面溜瓦。由于距离震中较远,生土结构的震害最轻,主要破坏特征为墙体开裂。石木结构和木结构倒塌破坏占比分别为0.9%和0.0%,严重损坏占比分别为19.0%和17.2%。木结构多为非结构构件损坏,抗震能力强于石木结构。同时,地震诱发山体落石、山体滑坡,导致建筑被掩埋、道路中断、水利和通讯设施受损,地质灾害隐患点数量为663处。针对不同藏族民居的震害特征和破坏统计,建议在保留藏族民居建筑特色的前提下,发展受力机理清晰的结构体系,加强藏族民居的抗震措施,并重视该地区的震群型地震效应。根据次生灾害的破坏情况和统计,建议灾后重建中,藏族民居应合理选址,加强地质灾害的监测和预警,并完善防治次生灾害设施。

关键词：马尔康地震震害调查藏族民居石木结构木结构生土结构

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建筑结构火灾下倒塌应急监测技术研究

安全与环境学报 2024年第10期 3847-3853页

作者：靳晓王东升王立娟马国超唐尧刘欢黄昌萍重大危险源测控四川省重点实验室四川安信科创科技有限公司四川省安全科学技术研究院

建筑火灾已经成为威胁城市公众安全的主要灾害之一。为了保护消防救援人员的人身安全，综合运用红外热成像、测量机器人和近景摄影测量等技术构建了一种建筑结构火灾下倒塌应急监测方法，对火灾下建筑的温度场和形变场进行监测，辅助开... 详细信息

建筑火灾已经成为威胁城市公众安全的主要灾害之一。为了保护消防救援人员的人身安全，综合运用红外热成像、测量机器人和近景摄影测量等技术构建了一种建筑结构火灾下倒塌应急监测方法，对火灾下建筑的温度场和形变场进行监测，辅助开展建筑倒塌风险分析。该方法采用红外热成像技术获取建筑火灾的温度场数据；利用测量机器人和近景摄影测量技术分别获取关键点位高精度形变数据和多方位立体形变数据；建立了雾凇优化算法(Rime Optimization Algorithm, RIME)与极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)相结合的协同校正模型RIME-ELM,利用关键点位高精度形变数据对近景摄影测量的监测结果进行校正，提高立体形变监测数据的精度。为了验证该方法的有效性，搭建建筑结构实体模型，模拟开展火灾应急监测。结果表明，该方法所获取的火场温度和形变数据符合建筑火灾一般规律，利用RIME-ELM模型所获取的形变校正结果与ELM模型相比，平均相对误差明显降低。这验证了该方法的有效性和可行性，能够为消防应急救援提供全面、可靠的数据支撑。

关键词：安全工程建筑火灾倒塌应急监测雾凇优化算法(RIME) 极限学习机(ELM)

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基于NbS结构的黄土填方边坡降雨物理模型试验

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工程科学与技术 2024年第5期56卷 24-34页

作者：杨帆李明俐王徐吴鄂王峰吕剑四川省地质环境调查研究中心四川成都610036 四川省华地建设工程有限责任公司四川成都610036 四川省地质灾害防治工程技术研究中心四川成都610036 成都理工大学地质灾害与环境保护国家重点实验室四川成都610054

黄土高原地区,在“平山造城”“固沟保塬”“治沟造地”等计划开展过程中产生了大量的填方工程边坡,存在着巨大的地质灾害隐患。为了对黄土高原地区填方边坡治理提供新的解决思路,本文将黄土-古土壤层状自稳结构引入黄土填方边坡的灾变... 详细信息

黄土高原地区,在“平山造城”“固沟保塬”“治沟造地”等计划开展过程中产生了大量的填方工程边坡,存在着巨大的地质灾害隐患。为了对黄土高原地区填方边坡治理提供新的解决思路,本文将黄土-古土壤层状自稳结构引入黄土填方边坡的灾变防控中,利用生石灰以及改性纤维素对黄土进行改良,提出了基于自然的解决方案(natural-based solutions,NbS)理念的黄土填方边坡控水结构,并开展人工降雨物理模拟实验,探究了有无控水结构下填方边坡渗流场、应力场和形变场变化规律、低渗场性质对边坡的影响,最终得出边坡失稳破坏模式。结果表明:1)改良黄土具有良好的工程性质,与重塑黄土相比,其液限、塑限均提高,抗剪强度增强,饱和渗透系数大幅下降,其中,改性纤维素改良黄土渗透系数降低88.59%,石灰改良黄土渗透系数降低95.18%,有控水结构边坡水分运移速度较慢,低渗层起到了良好的隔水效果;2)抗侵蚀面层的存在提高了边坡的抗侵蚀能力,有控水结构坡面的侵蚀量仅为无控水结构的28.43%;3)有控水结构边坡变形破坏模式为渐进式剪切滑移失稳,无控水结构边坡变形破坏模式为突发式溃散流滑破坏。本研究成果可为黄土高原地区填方边坡的生态治理及灾变防控工作提供理论参考。

关键词：黄土填方边坡黄土-古土壤基于自然的解决方案NbS理念物理模型试验控水结构