汶川地震后四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流灾害调查研究

在2008年5月12日汶川地震后的地震灾区暴发了许多泥石流灾害,其中以四川省绵竹市清平乡文家沟泥石流最为显著。文家沟原来不是泥石流沟,在汶川地震时由于滑坡形成的巨大的滑坡-碎屑流堆积体改变了文家沟的泥石流形成条件,在此后的3个雨季内,文家沟先后暴发了5次大规模和特大规模的泥石流灾害,其中以8 ·13文家沟泥石流规模和危害最大。8 ·13文家沟泥石流暴发时的总降雨量为227mm,泥石流持续时间约2.5h,泥石流总量约310×10⁴m³; 泥石流造成7人死亡, 5人失踪, 39人受伤, 479户农房被掩埋,直接经济损失4.3亿元。5次大规模和特大规模的泥石流以及洪水仅带走了16%的可以很容易形成泥石流的滑坡-碎屑流堆积物,文家沟如再遭遇较大降雨还会暴发泥石流。即使在今后的雨季中暴发几次规模如8 ·13泥石流一样大的特大规模泥石流,文家沟在较大降雨下仍然可能暴发泥石流灾害,因此对文家沟泥石流的防治工作将是一个长期的工作。     

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。     

汶川震区文家沟泥石流成灾机理与特征

文家沟位于绵竹市清平乡,属于 5 ·12 汶川Ms8.0级地震极重灾区。地震发生后的3个汛期内,文家沟曾先后发生5次典型泥石流灾害,其中以2010年8月13日泥石流灾害最为严重,规模与灾情巨大,社会影响深远。在对文家沟泥石流跟踪调查的基础上,探讨了泥石流的成灾机理和特征。研究表明:(1)文家沟泥石流是地震和强降雨共同作用的结果,其成因可归纳为震因与物源以及雨因与水源两个方面,在整个泥石流形成和发生的过程中,呈现出洪流-侵蚀下切-崩滑-席卷-进一步侵蚀下切-进一步崩滑-增大泥石流规模—……的"滚雪球式"循环过程; (2)泥石流发生所需的雨量、雨强条件和水动力条件都显著降低,泥石流规模和雨量之间呈现出明显幂函数关系; (3)发生过程呈现出持续时间长、运动距离远的特征; (4)成灾过程呈现出明显的链式效应,危害形式多样; (5)泥石流频率呈现出高发性,规模呈现出放大性。最后提出了文家沟泥石流研究与防治的建议。     

汶川震区北川9.24暴雨泥石流特征研究

2008年9月24日汶川震区的北川县暴雨导致区域性泥石流发生,这次9.24暴雨泥石流灾害导致了42人死亡,对公路和其他基础设施造成严重损毁。本研究采用地面调查和遥感解译方法分析地震与暴雨共同作用下的泥石流特征,获取的气象数据用于分析泥石流起动的临界雨量条件。本文探讨了研究区泥石流起动和输移过程,并根据野外调查,分析了泥石流形成的降雨、岩石和断层作用,特别是强降雨过程与物源区对泥石流发生的作用。根据应急调查发现北川县境内暴雨诱发的泥石流72处,其分布受岩石类型、发震断层和河流等因素控制。根据对研究区震前和震后泥石流发生的临界雨量和雨强的初步分析,汶川地震后,该区域泥石流起动的前期累积雨量降低了14.8%～22.1%,小时雨强降低25.4 %～31.6%。震区泥石流起动方式主要有二种,一是由于暴雨过程形成的斜坡表层径流导致悬挂于斜坡上的滑坡体表面和前缘松散物质向下输移,进入沟道后转为泥石流过程;二是"消防水管效应"使沟道水流快速集中,并强烈冲刷沟床中松散固体物质,导致沟床物质起动并形成泥石流过程。调查和分析发现沟内堆积的滑坡坝对泥石流的阻塞明显,溃决后可导致瞬时洪峰流量特别大。研究结果表明了汶川震区已进入一个新的活跃期。因此,应该开展对汶川地震区的泥石流风险评估和监测、早期预警,采取有效的工程措施控制泥石流的发生和危害。     

四川省8 ·13特大泥石流灾害特点、成因与启示

2010年8月12~14日,四川省部分地区普降大到暴雨,在5 ·12汶川地震极重灾区的绵竹市清平乡、汶川县映秀镇和都江堰龙池镇诱发了极为严重的泥石流灾害。本次泥石流灾害表明:地震区和非地震区、震前和震后的泥石流在发育分布规律、启动条件、暴发规模、活动形式及其成灾方式和危害性等方面都具有显著的差别。通过对8 ·13清平乡泥石流、映秀红椿沟泥石流以及龙池泥石流的基本分析,表明8 ·13泥石流具有群发性、突发性、破坏性、灾害链效应等特点,同时还具有沿发震断裂呈带状分布、物源主要来自于汶川地震触发的崩滑堆积物、活动形式主要表现为"拉槽"侵蚀等显著特征。震区异常丰富的松散固体物源和极端气候所造成的局地短时强降雨是泥石流暴发的根本原因。针对汶川地震区泥石流暴发的新特点,应进一步加强对震区泥石流的防治,尤其是针对具有重大泥石流隐患的沟谷,一方面应提高设防标准,强化工程治理和专业监测预警,另一方面更应引入风险管理和控制的理念,注重"防"治"结合; "软"硬"结合; 工程措施与非工程措施结合; "治理"与"管理"结合,调动全社会力量,共同防范地质灾害。     

四川泸定县泥石流灾害成因、特征与防治建议

泸定县地处川西高原与四川盆地的过渡地带,地质环境条件复杂,分布泥石流沟127条,发育密度054条·10km-2。在遥感解译和地面调查基础上,论述了泸定县泥石流灾害成因、发生特征、危害和发展趋势,提出了相关防治建议。(1)成因表现为复杂的断裂构造导致流域内松散物源丰富,较大的相对高差提供了良好势能条件,而汛期集中强降雨则提供了动能条件,且雨量条件中当日雨量与前期有效降雨量之间具有幂函数关系; (2)发生特征表现出典型的空间群发性(包括2005-06-30群发性泥石流、2005-08-11群发性泥石流和2006-07-14群发性泥石流)与时间的夜发性; (3)危害方式主要包括淤埋、冲毁、侵蚀、堵河4种,泥石流已造成74人死亡; (4)发展趋势表现为泥石流沟多处于形成期和发展期(113条,占89%),发生的年际准周期由20a缩短至不足10a,且发生条(次)由4条(次)增加至44条次(2005年); (5)泸定县泥石流防治的突出问题表现为城镇泥石流问题、泥石流堵塞主河问题、风景区泥石流问题与冲沟泥石流问题,建议通过科学规划、风险防御体系构建、土木工程治理、监测预警等措施予以防御。     

泥石流类型与地貌分形特征的关系研究

泥石流是一种频繁发生且危害性很大的自然灾害。作为中国泥石流灾害重灾区之一的陇南地区,泥石流不仅严重阻碍G212线的正常运营,也严重影响沿线地区的经济发展和人民生活。通过对G212线陇南段232条泥石流沟的调查资料分不同属性、不同发展阶段和不同危害程度进行统计,结合分形理论,分析了泥石流沟道数与地貌要素的定量关系。结果表明:地貌形态要素对泥石流的属性、发展阶段和危害程度等不同类型泥石流的影响程度不同; 综合分维值、形成区形态参数和地形坡度等参数都在一定程度上定量反映了不同类型泥石流的特征。     

汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析

文家沟高速远程滑坡-碎屑流位于映秀—北川断裂带与灌县—安县断裂带夹持的文家沟向斜断块中,地震断裂的强烈活动引起的振动效应是形成滑坡的先决条件。滑坡源区顶端与文家沟沟口高差约1360m,突兀山体下临深切峡谷的地形使地震动荷载在山脊部位的放大效应显著,并直接导致坡体破坏; 滑坡源区的地震动加速度3分量峰值分别为aEW=2.4g,aNS=2.3g,aUP=1.2g。D2gn观雾山组石灰岩斜坡具有强度渐进式分层结构,坡体表层以下约50m内的结构相对松散的残坡积层~新鲜岩体上部无法抵抗地震纵横波的周期性拉压与剪切耦合作用,被切割成为初始滑体; 滑体在第八级台地边缘高位剪出后,在文家沟上游地区最高滑移速度约介于93m ·s^-1~122m ·s^-1之间。滑体上部的干碎屑流在两处路径转折端瞬间压缩沟谷内的圈闭气体,形成明显的"气垫效应",滑体下部泥石流底层液化和颗粒有效动摩擦系数随剪切速度增大而减小的效应都是导致碎屑流体高速远程滑移的关键; 同时,碎屑物流通过程中还伴有明显的岸坡铲刮与翻越效应、以及树木摧削效应。汶川地震后截至2009年9月,降雨诱发碎屑堆积物形成多次泥石流,反映了地震地质灾害的链生性和长期性。     

扁化效应对弯曲段套管抗挤强度的影响对比分析

针对弯曲段套管抗挤强度随井眼曲率变化规律问题，利用材料力学理论将弯曲段套管等价为均布载荷作用下的弯曲梁模型，根据拉梅厚壁筒理论和强度理论得到套管抗挤强度公式．借鉴扁化变形在圆管类结构中的研究思路，将其拓展到套管抗挤强度分析，对比分析是否考虑扁化效应下四种规格套管不同井眼曲率下的抗外挤强度．研究表明，套管轴向应力随井眼曲率基本呈线性变化；套管抗挤强度随井眼曲率的增加非线性下降．井眼曲率为2o/30 m时，是否考虑套管扁化变形得到的5 1/2"×10.54 mm P110套管抗挤强度误差为12.8 %；井眼曲率为12o/30 m时，误差46.9 %．井眼曲率为2o/30 m时，4 1/2"×9.65 mm TP140V套管抗挤强度误差11.9 %；井眼曲率为12o/30 m时，误差44.7 %．可见，考虑扁化变形后套管抗挤强度小于未考虑扁化变形情况；井眼曲率不大时，两种算法的差距较小，随着井眼曲率的增加，套管扁化变形对套管抗挤强度的影响不能忽略．     

基于ABAQUS的降雨入渗条件下基坑边坡稳定性分析

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析是评价边坡工程安全的主要依据,对工程施工具有重要的指导意义。以南水北调中线工程淇河倒虹吸基坑边坡为研究对象,基于ABAQUS有限元软件,考虑降雨入渗的边界条件,采用强度折减法求解了边坡的最大位移与安全系数,进行了边坡的稳定性分析。计算中,降雨入渗强度为15mm/h,持续时间为72h。计算结果表明:边坡一次开挖的水平方向最大位移、竖向方向最大位移、安全系数分别为0.26m、0.67m、1.650;边坡二次开挖后相应的计算结果分别为0.19m、0.62m、1.641;边坡三次开挖后相应的计算结果分别为0.20m、0.63m、1.639。定性分析与数值计算结果均表明,施工过程中,南水北调中线工程淇河倒虹吸基坑边坡是稳定的。本文的研究结果可以为该工程的施工提供理论依据,对降雨入渗时边坡的稳定性研究具有一定的借鉴意义。     

CFRP复合材料构件胶接特性及失效规律研究

对不同铺层方式和不同胶层厚度的复合材料胶接单搭结构(SLJs)的连接性能进行了研究。使用内聚力模型模拟了SLJs的胶层退化及失效过程，通过与实验对比验证了数值模型的有效性；基于改进后的三维Hashin失效准则，模拟了复合材料层合板的损伤演化。结果表明：胶层的退化形态及失效规律与胶层粘连的复合材料铺层角度密切相关，当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为0°时，胶层会退化形成椭圆环状；当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为45°或-45°时，胶层会退化形成上下中心对称的水滴状；当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为90°时，胶层会退化成沙漏状。0°铺层与胶层相邻时，结构的极限失效载荷最大，此时复合材料未出现损伤；当90°铺层与胶层相邻，结构的极限失效载荷最小且复合材料出现基体损伤、纤维损伤和分层损伤。胶层厚度在0.05～0.5mm时，复合材料胶接单搭结构的连接性能最好，当胶层厚度大于0.5mm,结构的连接性能会大幅下降。     

复合材料层合板单搭胶接力学性能检测技术与分析

胶接工艺缺陷对单搭胶接接头的拉伸剪切性能有着重要的影响。为了研究不同单搭接胶接层厚度对不同材质复合材料层合板胶接性能的影响规律,通过喷水穿透法超声C扫描对试样的剪切区域进行无损检测,并分别采用1mm、2mm、4mm的胶层厚度,以碳纤维/玻璃纤维复合材料层合板为被粘物,进行单搭胶接拉伸剪切性能试验。检测及试验结果表明:当胶层厚度h1mm时,对于相同材料的被粘物,胶层厚度越大,试件胶接接头剪切强度越小;相同的粘接剂厚度,以碳纤维增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头剪切强度大于以玻纤增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头强度;胶粘剂与碳纤维被粘物表面的润湿效果要优于胶粘剂与玻纤被粘物表面的润湿效果。     

2010年7 ·27四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流特征与成因机理研究

2010年7月27日凌晨4时许,四川省汉源县万工乡二蛮山发生大规模滑坡,约48×10⁴m³的强风化玄武岩体,在前期降雨的影响下高位高速滑出,随即解体转化为碎屑流,沿沟谷高速运动,沿途不断携卷和铲刮堆积于沟床及两侧斜坡的表层松散物质,使滑体的体积和含水量不断增大。当运动到沟谷中段时,因沟道在此向右偏转,在强大的惯性力作用下,部分碎屑流体冲向左岸斜坡,将居住于此的双合村一组5户村民房屋掩埋,造成20人失踪; 另一部分碎屑流体继续沿沟谷高速运动近1.4km才最终停止。约30min后,堆积于沟谷中段深切沟道内的滑坡堆积物,在重力作用下再次启动,形成二次滑坡。二次滑坡缓慢蠕滑流动数小时,最终到达万工新集镇,将部分房屋推倒掩埋,造成92户房屋受损、1500人被迫紧急转移。本文在对灾害现场进行详细地质调查的基础上,结合现场测绘、颗分试验、航拍等手段,对二蛮山滑坡体的基本特征进行了较深入的调查研究,对滑坡发生及成灾原因进行了初步分析。结果表明,滑源区相对突出的地形条件、风化破碎的玄武岩体和有利的结构面组合是滑坡发生的基本条件; 前期降雨期间爆发的泥石流对滑源区坡脚的掏蚀、强降雨的饱水加载作用以及雨水沿陡倾张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡发生的直接原因。二蛮山沟谷原为一高频泥石流沟,滑坡发生前并无明显的滑坡迹象,滑坡的发生表现出极强的隐蔽性和突发性以及高位高速远程运动和危害巨大的特点,同时,主滑坡发生后在短时间内滑坡区再次启动发生二次滑坡,这些现象和特点具有特殊性,也具有典型性,值得深入研究。     

热力耦合作用下碳质千枚岩强度演化规律分析

温度场与应力场是影响碳质千枚岩地层引水隧洞围岩强度的重要因素。设定2因素4水平16组试验，依据单轴与三轴试验结果，探讨热力耦合作用下碳质千枚岩应力-应变曲线性态与破坏模式，得到了峰值强度变化规律；基于Mohr–Coulomb强度准则(M–C)与Heok–Brown强度准则(H–B)，分别建立了热力耦合作用下Mohr–Coulomb–Thermal法(M–C–T)和Heok–Brown–Thermal法(H–B–T)两种破坏强度计算方法。试验结果与理论分析表明，随围压增大与温度升高，碳质千枚岩从脆性破坏逐渐转为延性破坏，黏聚力、单轴抗压强度和参数n随温度升高呈线性增大，内摩擦角受温度影响不显著。通过试验值与计算对比分析，M–C–T法和H–B–T法均能较好地量化热力耦合作用下碳质千枚岩强度演化规律；误差分析表明，前者计算误差为-28.5%～7.7%，后者为-8.9%～5.6%,H–B–T法计算结果离散程度较小，稳定性更高，且更偏向于安全。     

时效处理对AA2099铝锂合金摩擦学行为的影响

研究了固溶及不同时效状态AA2099铝锂合金的力学性能、摩擦学行为及机理.结果表明:随时效时间的延长,摩擦系数先降低后升高,时效35 h时摩擦系数最低(0.137);磨损量单调减少,时效96 h合金的磨损率最低,为1.7×10–3 mm3/(N·m).固溶态和不同时效态的AA2099铝锂合金主要磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损.摩擦产物对摩擦系数有重要影响,时效35 h的合金摩擦产物分布均匀且连续,具有良好的减摩作用;合金的力学性能与磨痕浅层结构稳定性共同影响合金的磨损率,时效时间小于35 h,合金表面易形成发生剥落的结构,磨损量变化与传统认为的H/E变化不符,但随时效时间进一步延长,剥落减少,磨损量与H/E变化正相关.     

露天矿边坡饱和渗透系数随机场数值模型研究

为分析强降雨入渗及渗透系数空间变异性对闭坑露天矿边坡渗流场的影响程度,基于非饱和渗流理论和随机场理论,采用非侵入式随机方法,通过FISH语言编写非饱和区单元饱和度、渗透系数与基质吸力的修正函数,建立饱和-非饱和渗流随机场模型,开展强降雨作用的高大陡深岩质边坡渗流特征研究。研究结果表明,修正饱和-非饱和渗流随机场模型能够准确地描述露天矿边坡的降雨入渗过程。且降雨入渗主要影响到露天矿边坡浅层渗流场。随降雨持时变化,在坡面与地下水位线之间形成包围的且逐渐缩小的非饱和区。坡面最早出现暂态饱和区且厚度逐渐增加,但增幅逐渐放缓。同时坡面点孔隙水压力最早达到稳定值零,离坡面越远的点孔隙水压力达到稳定值零的用时会越长。该结论可为闭坑露天矿边坡的地质灾害风险预测提供参考意义。     

交错式扇贝阻尼密封动力特性研究

建立交错式扇贝阻尼密封三维数值分析模型,基于动网格及多频椭圆涡动模型研究密封动力特性沿轴向分布规律,计算分析错开角度(α=0°、11.25°、22.5°、33.75°)与密封腔深度(h=2.8、3.3、3.8和4.3 mm)对密封动力特性的影响. 结果表明:上游腔室(C1~C4)具有较大的正直接刚度和有效阻尼,对抑制转子涡动、提升系统稳定性的贡献相对较大. 相对并列式(α=0°)结构,交错式扇贝阻尼密封流体周向速度较小、湍流耗散增加,系统稳定性提升,同时密封泄漏量降低. 错开角度为33.75°时的有效阻尼约为0°时的111%~121%;错开角度为22.5°时的泄漏量相较于0°时约降低了2.11%. 有效阻尼随密封腔深度减小而增大,密封腔深度为2.8 mm时的有效阻尼约为4.3 mm时的146%~211%;密封泄漏量随密封腔深度增大而降低,密封腔深度为4.3 mm时的泄漏量相较于2.8 mm时降低了约3.73%.      

两共面预制裂纹试样应力场特征与破坏模式研究

破坏模式决定着裂隙岩体的基本力学性质,通过对比分析典型两条共面裂纹的节理裂隙岩体试样的模型试验、模拟试验结果,系统地研究了预制裂纹倾角、侧压以及裂纹面摩擦系数等因素对试样应力场、破坏模式以及峰值强度的影响;进一步解释了不同裂隙分布条件下张拉次生裂纹、剪切次生裂纹的起裂、发展以及贯通路径与机理,系统地总结了两条共面裂纹试样贯通模式的演化规律。结果表明:随预制裂纹倾角从0°增大到90°,两共面裂纹试样第一主应力最大值呈现先增大而后减小的规律,倾角较小或较大时试样最大拉应力相对较小,而倾角为20°～70°时试样最大拉应力较大且45°～65°间达到最大;剪应力极值线绕预制裂纹尖端旋转,次生剪切裂纹起裂部位、发展方向均发生变化,接近0°和90°时试样内部最大剪应力值最小,倾角为20°～70°时试样最大剪应力相对较大且30°时剪应力达到最大;裂纹倾角较小时试样破坏路径由两预制裂纹中的一条与其次生裂纹贯通形成破坏路径,倾角较大时破坏路径通过两条预制裂纹以及其次生裂纹贯通形成;试样峰值强度变化曲线呈浅底"V"字形,倾角为0°、90°时峰值强度大体相同,倾角为45°时峰值强度达到最小且约为0°时峰值强度的40%～50%。     

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.     

后热处理对304不锈钢激光熔覆Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层组织和摩擦学性能的影响

采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了Ni60/h-BN自润滑耐磨复合涂层,对涂层在600℃(去应力退火)进行1 h和2 h热处理,分析了热处理前后复合涂层的显微组织、硬度和摩擦学性能的变化.结果表明:三种涂层中,热处理1 h后涂层的显微硬度最大(最高值HV0.5765.0),在10 N干摩擦条件下,其摩擦系数为0.39,磨损率为3.37×10~(–6)mm/(Nm),该涂层表现出最好的耐磨减摩性能,磨损机理主要表现为轻微的磨粒磨损;未热处理的涂层摩擦系数为0.53,磨损率为6.39×10~(–6) mm/(Nm),磨损机理主要表现为脆性断裂、黏着磨损和磨粒磨损;热处理2 h后的涂层摩擦系数为0.39,磨损率为5.29×10~(–6)mm/(Nm),磨损机理主要表现为磨粒磨损和轻微黏着磨损.在本文试验条件下,后热处理1 h可有效提高激光熔覆自润滑耐磨涂层的硬度并改善其耐磨减摩性能.