考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析

基于土水耦合机制,耦合溃口水力学、溃口扩展、溃口侵蚀、洪水调节模型,提出了考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析方法,并应用于红石岩堰塞坝案例,定量分析了不同开挖措施导致的溃决洪峰流量、洪峰时间、总泄洪量以及对下游梯级水库群的风险效应。结果表明,若单一考虑坝址的溃决洪水,不同开挖措施的溃决洪峰流量及溃决时间相差不多,溃决洪峰流量差值在360m3/s范围内变化。当开挖的引流槽宽度增加时,堰塞坝洪峰流量降低,总泄洪量增加,到达洪峰时间相差不多,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间推迟。当深度增加时,堰塞坝溃决洪峰流量、总泄洪量降低,到达洪峰时间提前,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间提前。以下游梯级水库群不翻坝为首要风险安全控制标准,可确定引流槽开挖最优方案为宽20m、深10m。     

易贡滑坡堰塞湖溃坝洪水分析

滑坡堰塞坝体主要由块石、碎石土等松散材料组成,随着上游水位的不断上升,极易失稳,一旦决口将对给下游人民的生命财产安全造成极大的威胁。因此,研究堰塞坝溃坝问题具有重要的学术意义和应用价值。2000 年 4 月 9 日,西藏林芝地区波密县易贡藏布河扎木弄沟发生大规模山体滑坡堵塞易贡藏布江,形成坝高60m,长约2500m,库容可达288×108m3,体积约28×108～30×108m3的滑坡堰塞湖, 2000年6月10日堰塞坝溃决。本文以易贡堰塞湖溃坝为例,从连续性方程及Navier Stokes方程出发,结合标准型湍流模型,并采用VOF方法进行自由面处理,基于流体计算软件Fluent模拟分析了溃坝洪水在下游弯曲河道的演进过程及不同位置的流速变化。数值模拟结果与实测资料记录基本一致,表明该模型能够模拟溃坝洪水在地形复杂弯曲河道中的演进过程。     

甘肃省舟曲8.7特大泥石流调查研究

本文通过对甘肃省舟曲县城后山三眼峪沟和罗家峪沟特大泥石流灾害的现场调查,从泥石流形成的地形、地质和降雨条件入手,分析了特大泥石流灾害的特征与成因：三眼峪沟和罗家峪沟泥石流形成区在2010年8月7日23～24时的1h降雨量达77.3mm,暴雨形成强大洪水依次冲毁两条沟内的天然堆石坝和人工拦挡坝,形成规模巨大的高容重黏性泥石流,泥石流冲出总量和泥沙总量分别为 144.2×10⁴m³和97.7×10⁴m³; 泥石流携带具有强大冲击力的巨石冲毁房屋5500余间; 在白龙江内形成长约550m,宽约70m,高约10m的堰塞坝并形成堰塞湖,堰塞湖回水长3km,使县城一半被淹; 泥石流造成1744人死亡和失踪。分析研究表明,三眼峪沟和罗家峪沟泥石流如果在近期遭遇强降雨还会暴发泥石流,但规模比87特大泥石流小;如果强降雨发生在数年后,暴发的泥石流规模比87特大泥石流略小;在20a或更长的时期内,没有发生新的地震影响下,在三眼峪沟和罗家峪沟经历一次大规模泥石流暴发后,泥石流的规模将回到汶川地震前的水平。     

堰塞湖坝体稳定性研究现状及展望

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级大地震,在灾区形成了30多个堰塞湖,严重威胁了下游人民群众的生命财产安全,引起了世人对堰塞湖坝体稳定的高度关注。本文在前人研究的基础上,从地形地貌、诱发原因、寿命三个方面总结了堰塞湖坝体形成及存在的机理。重点分析总结了目前堰塞湖坝体稳定性的研究进展,指出影响坝体稳定性的内因为堰塞坝的形态与规模、物质组成与结构,外因为堰塞湖湖水体积; 总结了前人关于影响坝体稳定性的关键因素以及室内模型试验的研究成果。最后分析了目前研究存在的问题,展望了未来的研究方向。     

汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析

大光包—红洞子沟巨型滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其体积达7.42亿m3, 堰塞坝高达690m,是我国已知的最大规模地震滑坡和最高的滑坡堰塞坝,也是目前全世界已知的为数不多的几个方量在5亿m3以上的超大规模滑坡之一,其高达690m的滑坡堰塞坝为目前世界最高的滑坡坝。滑坡位于发震断层上盘,距发震断裂——映秀—北川断裂不足7km。震前斜坡为三面切割的孤立型山脊,相对高差达1500m;斜坡岩层走向与坡面近于垂直,层面延展性极好,构成滑动面形成的基础。调查和分析表明,斜坡的临空条件和贯通性好的灰岩层面是滑坡产生的基础;而高强度和长持时强震地面运动是导致滑坡产生的根本因素。滑坡产生的机理和过程可分为以下4个阶段：即坡体震裂、松弛和解体阶段、高速溃滑阶段、震动堆积阶段、二次抛射和碎屑流堆积阶段。失稳高速下滑的坡体,形成了沿主滑方向长4.2km,宽2.2km的堆积体,高速流动的碎屑流越过下游侧风波岩山脊,沿红洞子沟形成了长1km的碎屑流堆积区。     

汶川八级地震地质灾害研究

汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。通过综合分析堰塞湖库容、滑坡坝高以及坝体物质组成和结构,对地震形成的33处坝高大于10m的滑坡堰塞湖进行了评估,划分出极高、高、中和低4种溃决危险。汶川地震滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,"尖点撞击"是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,具有"地震抛掷"—"撞击崩裂"—"高速滑流"三阶段特征。在高速滑流中,发生3种效应:(1)高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1~3km;(2)碎屑流效应,撞击粉碎的土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;(3)铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。青川东河口滑坡—碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,滑程约2400m,高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝,致使7个村庄被埋,约400人死亡。     

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验，建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型，以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成：(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性，引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀；(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面，并考虑了砂砾石料的孔隙特性；(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证，结果表明，建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程；该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度，与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比，本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。     

DH32船用钢板在模拟极地破冰环境中的冰载荷冲蚀磨损性能研究

使用自行设计并加工的低温海冰冲蚀磨损试验机研究了船用低温钢板DH32在模拟极地破冰环境下不同船速条件下的耐海冰冲蚀磨损性能. 利用失重法研究了不同转速下的冲蚀磨损失重率,通过扫描电子显微镜和白光干涉显微镜对材料冲蚀磨损后的微观组织形貌和表面3D形貌轮廓进行观察,并讨论了不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损-腐蚀机理. 结果表明:随着模拟船速的不断增加,DH32钢的冲蚀磨损失重率也随之增大. 当转速为3.3 m/s(模拟船速6节)、冰水比为1∶2时,DH32钢样的冲蚀磨损失重率升高幅度最大,达到12%,其在海冰条件下冲蚀磨损以冲蚀磨损坑、犁削、犁沟以及滑坑等失效机理为主. 另外,文中还讨论了常温下砂粒冲蚀磨损和不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损的对照性,为后续制定与海冰载荷相关的材料冲蚀磨损标准提供数据支持. 试验证实,以5.5 m/s在43%(质量分数)石英砂+海水溶液中进行冲蚀磨损试验可以近似模拟2∶1冰水比条件下海冰冲蚀磨损对材料破坏作用.      

黄河上游戈龙布滑坡高速下滑成因机制及堵江分析

黄河上游戈龙布滑坡位于积石峡水电站库区内,经过现场调查可知,戈龙布滑坡为一大型滑坡,整个滑坡体积达到5040万m3,一共分为4个区。研究表明,戈龙布滑坡成因机制为滑移－拉裂型,滑坡在黄河右岸经过高速远程下滑过后撞击上游山体,部分滑体越过黄河堆积于左岸并堵塞黄河达数百年,堰塞湖内有厚度达30余米的纹泥沉积,初步分析滑坡坝的高度在100m左右,库水深在70m左右,滑坡堵江时代在Q4时期。滑坡坝溃决后导致黄河改道,残留的滑体分别位移黄河的左岸和右岸。     

黄河三角洲土体非均匀性及对底坡微地貌形成影响

通过在潮滩现场 2 0m× 2 0m范围对土体细致的微贯试验和所取样品室内土体粒度分析, 指出黄河三角洲土体的物理及工程力学性质在小尺度空间上具有非均匀性, 这种非均匀性对黄河口底坡微地貌形成会产生控制性的影响作用。     

红砂岩路基土动态模量影响因素及预估模型研究

为研究红砂岩路基土动态模量的影响因素,采用室内重复加载三轴试验。结合红砂岩路基土在不同含水率时的动态模量,分析偏应力、体应力和含水率对红砂岩路基土动态模量的影响;采用三参数复合模型进行回归,并通过有限元计算和实体工程现场检测,建立室内试验动态模量与现场检测动态模量的回归关系。研究结果表明,动态模量随体应力(或围压)增大而增大,随偏应力增大而减小;随着含水率的增大,动态模量呈先增大后逐步减少的趋势。三参数复合预估模型与试验检测结果之间具有较高相关性。此外,红砂岩路基土室内试验动态模量与现场检测动态模量具有良好的回归关系,室内试验动态模量与现场检测动态模量可以实现有效换算。     

河渠冰水力学研究进展和趋势

从河渠冰水力学基本理论7个方面(水热循环机理、流冰形成输移扩散机理、锚冰岸冰形成发展释放、封河冰塞机理、开河冰坝机理、水工建筑物冰塞机理、水冰沙互馈作用机理)、河渠冰情预测预报及过程模拟、河冰关键参数观测技术与装备等层面介绍了国内外的河冰水力学研究的主要进展和动向,剖析了当前科学研究和工程应用研究中存在的难题,并从理论和技术角度阐明了相关原因并指出方向. 总结提出了河渠冰水力学未来需要重点开展的研究,如在河渠冰水力学基本理论拓展方面,应进一步完善现有河冰理论框架,尤其是河流锚冰生长和释放过程、卡冰和初始冰盖形成的热力-动力-地形特征影响的定量化机制、复式断面冰盖下水力特性和河冰运动与岸滩侵蚀过程中的水冰沙耦合作用机理等;在变化环境下的冰情预报方面,应多尺度结合,进一步探索中长期气候变化或短期极端情况对北方河流冰情的影响,尤其是研发不同尺度区域、长短期结合的水文-水力预测预报模型技术,对于科学研判河流冰情未来情势具有指导意义;在冰凌灾害全过程监测与防控技术装备方面,应进一步研发能反映冰塞内部渗流、冰塞内摩擦力以及冰塞冰坝内部反映其演化过程的关键监测传感器和装备,弥补现有观测的不足;在冰湖溃决模拟等方面,应加大观测力度并多学科交叉,注重开展低温条件下冰湖溃口演化的机理试验探索,尤其是研究水流冲蚀溃口冰碛土下切和坍塌过程等.      

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

微团聚体分析在工程地质研究中的应用

微团聚体是天然粘性土的基本结构单元, 微团聚体的组成、水稳性和强度是粘性土工程性质形成的重要原因。本文通过对黄土与海相软土这两种典型的粘性土颗粒分析与微团聚体分析结果的对比, 研究了水稳性与非水稳性微团聚体的形成原因, 并在此基础上探讨它们的工程特性的形成。     

一种激波驱动的新型固粒冲蚀试验系统

针对目前大部分固体颗粒冲蚀试验系统存在反弹颗粒干扰、颗粒质量计算误差大等问题,采用激波驱动气固两相流的方式,并结合动态压力传感器、高速摄影仪对激波及颗粒测速的方法,设计了1种新型冲蚀磨损试验系统,具有结构简单、操作方便、颗粒质量计算准确等优点.该装置最大激波马赫数可达2.3,能将颗粒加速到200 m/s以上,适用不同颗粒、材料及表面处理试件进行15～90°冲击角下的磨损特性试验.通过SiO2颗粒对低碳钢的冲蚀试验,证实了该装置测得数据与经典试验数据规律一致.因此,本试验系统有望作为1种新的冲蚀磨损试验方法,应用于耐固粒冲蚀的优化设计和寿命预测等领域.     

固化滨海盐渍土路用性能的室内试验与现场测试

渤海湾西海岸带地区的路堤多为填方型式,且以滨海盐渍土为主要填料。以滨海盐渍土填筑路堤,须解决土的盐胀、溶陷和吸湿软化带来的强度下降和稳定性降低问题,以进行土的改性或固化处理。为降低工程费用,固化材料应以常规的无机材料为主,辅助少量的高分子材料。为研究滨海盐渍土填筑路堤的力学性能,完成了石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土的无侧限抗压强度、劈裂法抗拉强度、三轴抗剪强度和加州承载比等室内试验,同期还进行了固化土的现场碾压试验,检测了碾压固化土的压实度、平整度、回弹弯沉、加州承载比和回弹模量等指标。试验与研究结果显示:(1)石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土均满足填筑路堤的强度和变形指标要求,后者的力学性能优于前者; (2)SH固土剂干燥后的胶膜包裹了土颗粒,且在颗粒间形成了抗水的胶结联结,胶丝在土的孔隙内形成了絮状联结网。胶膜和胶丝网共同作用,提高了固化土的强度、抗变形能力和水稳性; (3)2种固化土的现场碾压试验效果都很好,碾压固化土的现场测试结果与固化土的室内试验结果相一致。石灰+SH固土剂固化土的碾压性能和力学指标均满足"公路路基设计规范"的要求,效果良好,这种固化方法适宜在滨海盐渍土地区推广使用。     

一个由左右岸滑坡形成的滑坡坝成因机制分析

滑坡坝及形成的堰塞湖在世界各国特别是山区一带广泛分布。它能够形成天然水库 ,在发生溃坝和洪水漫坝的情况下 ,造成的灾害损失很大。历史上产生过许多天然滑坡坝 ,有些很快发生溃坝 ,有些存在时间很长。存在时间较长的滑坡坝 ,它周围风景秀丽 ,成为旅游热点地区 ,同时也可开发其水资源。滑坡坝的形成有滑坡堵江、崩塌堵江和泥石流堵江 3种形式 ,它的形成机制对于滑坡坝的存在时间起了重要的作用。在开发和利用滑坡坝时 ,它的成因机制需要分析评价。本文对某滑坡坝的形成机制进行了研究 ,在研究某滑坡坝时发现 ,它由左右两岸的滑坡共同作用形成 ,这种形成模式在国内外报道很少 ,对类似工程也有一定的借鉴意义     

膨胀土的现场抗剪试验研究

由于膨胀土的裂隙性和超固结特性,膨胀土的抗剪强度不仅是膨胀土地区边坡设计的重要依据,而且一直是膨胀土边坡研究领域的重要课题。本文以南阳膨胀土为例,对膨胀土现场抗剪试验的试样制备及试验方法进行探讨,通过对该地区典型滑坡反算证明,文中的现场抗剪试验方法及抗剪强度的计算公式是合理的。     

冲蚀与气蚀复合磨损试验研究

通过改造MCF-30型冲蚀腐蚀试验机,建立了水、沙、气三相流冲蚀磨损试验装置;试验研究了水、沙混合流场中试样的磨损特征,通过扫描电子显微镜观测了三相流冲蚀磨损表面,并借助计算机模拟分析水、沙混合条件下产生气蚀破坏的条件.结果表明:合理的设计可以实现冲蚀与气蚀的复合磨损模拟试验;形成三相流共同作用下的冲蚀与气蚀复合磨损重要条件为介质中含有较多气体,并且在试样中有气泡溃灭.三相流磨损模拟试验与仿真为进一步开展三相流气蚀与冲蚀磨损研究奠定了基础.     

锡黄铜在3.5%NaCl中的液固两相流冲蚀机理研究

利用旋转式冲蚀磨损试验机,对锡黄铜在3.5%NaCl溶液中进行液固两相流冲蚀磨损试验,利用扫描电镜详细分析了不同条件下锡黄铜表面的微观形貌、失效规律及微观破坏机理.结果表明:锡黄铜在失重的不同阶段对应不同的磨损机制,在不同外界条件下其破坏机制也不尽相同.锡黄铜在阴极保护即无腐蚀影响下,试样发生严重冲蚀前存在门槛速度,冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片.当冲蚀速率增加,冲蚀切削形貌减少,而冲蚀时间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡;在无阴极保护作用下,试样表面出现腐蚀凹坑,冲蚀率大幅度增加,随着冲蚀速率的增加失重率增加,但随冲蚀时间增加,冲蚀率减小.