利用铁丝网坝防治泥石流

防治泥石流的坝型有多种,各具特色。2002年8月日本学者今井一之等人研制出铁丝网坝,对泥石流进行拦截。其结论是:铁丝网坝从第一次拦截泥石流开始,到上层泥沙覆盖为止,能有效地拦截泥石流龙头砾石群,构成透过石笼堤的最低形成条件。在绳结局部残存变形的条件下,其结构面仍有拦截作用。复原时去除切断的绳结,剩余所有构件再次使用时,迅速对应的挂起来。清除砾石时,操作安全,而且作业迅速。存在问题是:后续泥石流对左右两岸河床仍有冲刷作用;主索的回转角度偏大,向下游移动过大;再次使用的构件耐久性不明确等。当我国引用其方法时,应对存在问题采取适当的对策方案,对铁丝网坝进行改进,达到最佳使用的目标。     

改善铁丝网坝拦截泥沙效果的商榷

泥石流是当前世界性灾害。防治泥石流的坝型多种多样。2002年8月日本首次利用铁丝网拦截泥石流,2003~2004年曾经历3次泥石流的考验。日本学者守山浩史等人就铁丝网拦截泥石流的作用与效果作了充分的调查研究,并针对铁丝网坝拦截泥石流后所表现出的弱点提出改进方案。其结论:当铁丝网坝处于未接受泥石流冲击的空负荷状态时,可以轻松地拦截泥石流,即使受点损伤,也影响不到网坝的防御机能。对处于具有张力条件下的铁丝网坝,再加上不能除掉的巨砾连续作用,当再次拦截泥石流时,将会对铁丝网坝造成损坏。当坝体拦截泥石流后,及时地清除所有淤积物和巨大砾石是非常关键的一个环节。为了安全地清除拦截的巨石,在铁丝网坝环形网的上部安装一个卸口接头是改进该项工程的当务之急。     

钢制格栅坝的性能设计

钢制格栅坝原作为港湾设置工程 ,1995年由美国引入日本并应用在水土保持防治泥石流工程上。作为一种水土保持坝型 ,因以前未进行过稳定性试验 ,有必要研究其性能。此类透水型格栅坝应具备拦截泥石流性能 ,中小型洪水时能向下游输移泥沙 ,并具有粒径调节作用 ;在构造上应稳定性好、抗剪性强 ;在管理上易于除石。设计方法采用水力模型检验、稳定性能校核、抗冲击性能校核。     

日本有关透过型坝拦截泥石流的调查分析

对日本长野县姬川水系松川上游的唐松泽设置的钢制透过型砂防坝南股 4 坝 ,拦截石砾型泥石流及坝体材料受损情况进行调查与分析。其结果 :钢制透过坝拦截含大量巨石的泥石流龙头部及后续流泥沙 ,并向坝内侧上方堆积 ,当坝内快速地积满了泥沙之后 ,泥石流后续流带着巨石越过坝顶而落下 ,巨石撞击坝的横梁和水平梁 ,使这部分材料受损。其原因 :巨石从坝顶落下时具有向下游一侧水平方向的速度和巨石容易撞击钢管。因此 ,在坝体容易受泥石流撞击的地方 ,应将水平面上的副梁和水平梁尽量拆除 ,并设法在该处不让巨石落下。针对泥石流对坝的缝隙部位可能有扭曲作用 ,建议对其坝体材料的安全性进行三维的研究。     

依据河床比降、河宽的侵蚀模拟

评价预测泥石流泛滥区域和沟壑坝系等防御泥石流措施效果,最有效的方法是数值模拟。2009年日本学者铃木拓郎等人具体研究了伴随坡度变化、河床束窄区域及坝系工程的泥沙堆积过程。其结论:在侵蚀与堆积初期,在坡度变化点的下游发生侵蚀与堆积。在同等的水与泥沙总供给量、流量、持续时间的条件下,侵蚀与堆积过程在短时间内,由大流量供给,在下游有泥沙侵蚀与堆积现象。在固定坡度的条件下,河道宽度变化时,首先在狭窄部位上游发生堆积后,下游发生侵蚀,并慢慢上朔,最终出现全部发生侵蚀的结果。泥石流在冲击坝体的瞬间,泥沙急剧的堆积。流量变大,堆积坡度变小,坝下游的泥沙流出相应提前,更多的泥沙向下游流出。模拟结果符合现实发展的自然规律。     

利用铁丝网坝拦截滑坡体的试验研究

防治泥沙灾害,以往多采取被动式挡土墙。1971～2011年日本学者千叶干等人研究弹性挡土墙—利用铁丝网坝拦截滑坡。在实际坡面的底端设置铁丝网坝,重复数次拦截泥沙,最终铁丝网坝没有破坏。应用高频照相机摄影解读出泥沙滑动速度为11 m/s。能拦截来自高为5～100 m,坡度为30°～60°坡面上最大粒径为60 mm的泥沙。实践证明铁丝网坝具有拦截滑坡泥沙的功能。     

一种泥石流拦砍坝溢流口的防冲设施

本文介绍的是四川省黑水县芦花沟泥石流拦砂坝溢流口防止冲刷的一种钢件结构设施。其结构型式是:在拦砂坝溢流口下游侧底面与下游坝体垂直临空面交接处,用8-10毫米的钢板作成,伸出下游临空面59厘米,高出溢流口底面10-15厘米的钢件,用φ25毫米的螺纹钢筋焊接后,再在坝体溢流口浇筑50厘米厚的200号钢筋混凝土,使其与拦砂坝衔接成整体。有这种设施的溢流口,能拦蓄一层泥石流,起消能和缓冲作用。在后来的泥石流过坝时,将泥石流对坝体溢流口直接的冲刷、摩擦、碰撞和淘蚀作用的外力,变成泥石流内部的石磨石、砂磨砂的内力,从而保护拦砂坝溢流口不被过坝泥石流所破坏。     

钢制格栅坝拦截泥石流效果试验研究

为拦截泥石流,世界各地设计并实施了多种坝型。在日本,多采用透过型格栅坝来防治泥石流危害。2005年日本学者中村?等人开始研制混合类加前扶垛型钢制开放式格栅坝。其结构做了调整,在原独立单体的基础上,增设横栏、加密立柱,构成桁架式格栅坝,研究其对泥石流的拦截效果。试验结果表明:在格栅坝上游侧有巨砾石堆积,在格栅坝内部没有堵塞。如果横栏的间隔是d95×1.0以下,与开口间隔没有关系,堵塞率在95%以上。对于不同类型的泥石流,如果横栏间隔在b2/d95=1.0,最下层横栏的间隔(b1/d95=1.0,1.25,1.5)没有关系。开口在b3/d95=1.5得到相同的泥石流拦截率。横栏间隔为b2/d95=1.0的格栅坝上层部分,没有堵塞,泥沙的拦截率急剧减少。辅助纵筋配置要求,可采用较细线材,纵筋的间隔必须紧密,才能对泥石流有拦截率。在泥石流多发地区,设置格栅坝,辅助纵筋的间隔设置为b1/d80=0.5,1.0,对泥沙拦截十分有效。     

泥石流特性模拟方法与研究

对于泥石流特性的研究,2005年日本学者中谷洋明等人针对泥石流存在明显不同流动的现象,从流速和弯曲部位两方面入手,通过仿真模型演示泥石流在陡坡面上及弯曲部的流动特性,在此基础上采用解析法对模型的适用性进行评价。其结果表明:流速随时间变化有共同增大的趋势;弯曲部左、右岸水位落差为25 m,有显著偏流的结果。泥石流发生36 s后,对建筑物(堰坝)产生冲击,距洪峰(160 kN/m)到达时间只有1 s。正面龙头部分瞬间的冲击力很大。且在泥石流龙头部分集中大的砾石,其冲击力导致建筑物破损。计算的结果表明,最下游的堰坝及下游侧流出的沙石量与上游流入量对应成比例。并且,有堰坝其流速、偏流的高度,比无堰坝要小得多,流出的泥沙量也有减半的效果。今后,要在模型与粒径、粒度分布等的灵感度进行分析。并要考虑建立综合性的解析模型,以提高计算能力。     

天然坝溃坝模拟试验

因滑坡等形成泥石流堵塞河道,称之为天然坝。天然坝溃坝会造成下游区域危险性灾害。从防灾学的观点出发,预测天然坝形成地点,事先设置防范设施或采取应急处置措施,利国利民。2007年日本学者小田晃等通过模拟天然坝的过流试验,得出如下结论:坝顶较宽的天然坝,溃坝时的洪峰流量较小,最大值发生时间迟;坝坡缓的天然坝,洪峰流量较小,最大值发生时间迟。基于上述结果,在防灾减灾对策上,尽量减缓下游边坡比降,尽最大努力选择合理颗粒级配,增加施坝相对密度,在坝背水坡作反滤处理或堆积碎石,有条件的地区,可在坝下游坡面洒胶合剂,抑制坡面的侵蚀等。     

透水型防沙坝拦截裹挟树木泥石流的性能

在泥石流易发区的小流域沟壑治理中,设计修建透水型防沙坝,快速形成堵截的功能。而拦截功能,主要取决于透水断面建材的净间距(L)和泥石流中石砾的最大粒径(dmax)之比,建议设计参数取1.0≤L/dmax≤1.5。在发生泥石流时,当大量的树木常裹挟于泥石流中,难以忽略流动树木对拦截功能的影响。2009年日本学者进行了透水型防沙坝拦截裹挟树木的泥石流试验。其研究结论是:泥石流拦截率的提高,与LV/dmax密切相关。木材堆积率在10%以下,拦截率表现离散。伴随LV/dmax的增大,其离散度有变大的趋势,木材堆积率的拦截率影响变大。此项研究对于我国研究防御同类泥石流,具有借鉴作用。     

印度尼西亚应用缝隙坝研究泥石流泥沙淤积

利用 1998年 2月印尼内拉毕火山泥石流的实测资料及在泥石流沟布设的缝隙坝的拦蓄现状 ,研究缝隙坝防治泥石流的拦蓄效果。根据同年 2月份发生泥石流的洪痕及侵蚀沟淤积断面 ,推断出泥石流的规模 ;采用STC测定出缝隙坝库区的纵、横断面 ,确定其缝隙坝的沉积效果 ;用一维河床演变计算法评估并验证缝隙坝的功能。结果证明 :径流系数随降雨频率增加而增大。在连续布设 2座缝隙坝时 ,上游坝可容纳较大规模的泥石流 ,洪峰过后 ,随退水时程 ,沉积泥沙可排出 ,起着缓冲、调节径流泥沙作用 ,下游坝将大量拦蓄泥石流。为保证下次拦蓄 ,要求人工排石、排沙 ,腾出库容。     

川藏公路南线泥石流坝溃决洪水过程试验研究

川藏公路南线(西藏境内)由于区域地质地貌和气候环境条件的特殊性,近几十年来曾多次发生泥石流堵溃事件,坝体溃决所产生的洪水给下游造成了灾难性破坏.根据13组室内泥石流坝溃决模型试验对洪水流量过程进行研究发现,对流量影响最大的是堵塞坝的溃决形式,即重力再启动形式的溃决洪峰流量最大,水力再启动次之,冲刷型溃决最小;溃坝洪水洪峰流量与上游来水量流量成正比关系.溃决过程中的洪峰位置出现在库区水下泄30%～50%的时候;不论哪种形式溃决,洪峰在时间轴上的位置主要集中在整个洪水历时的1/3处.该研究可以为泥石流坝溃决洪水预测和下游综合避险减灾提供参考.     

透水型谷坊坝拦截泥石流形态数学模拟

在对透水型谷坊坝进行评价与修改和新设计时,必须把握泥沙移动形态。然而,其有效方法是用数学模拟。对泥石流的模拟试验,多数采用频分多路复用法(FDM);少数用数字地形模型(DEM)进行计算。但不同程度存在计算难度。2009年日本学者丹羽论等人依据浅水流方程在二维平面,用有限元素法对透水型谷坊坝进行了泥石流的模拟试验。以基准面和水面海拔之差作为连续式的未知量,对泥石流区域流动的稳定性进行计算。分析结果表明,此法适用在透水型谷坊坝周边泥石流泥沙堆积的模拟。能在定量上对透水型谷坊坝的进行评价与分析。今后,有待于提高在移动边界附近的计算精度的研究和输送泥沙质量浓度等评价进行预测。     

生物谷坊在白沙冲泥石流治理中的应用

泥石流谷坊一般采用浆砌石或埋石混凝土的实体坝，坝体施工成本较大，且与周边的自然环境和谐性差。在泥石流沟床中因地制宜地实施生物谷坊，可对泥石流沟的松散物质起到拦挡和固定作用，并且能实现与周边自然环境相协调，对泥石流治理工程的绿色设计、绿色施工具有重要意义。以白沙冲泥石流治理为试验案例，对生物谷坊的布设区立地条件、树种选择和典型设计做了分析研究，并对其防治效果进行了评价，可为生物谷坊在泥石流治理中的应用提供借鉴。     

关于上部狭窄式格栅坝的研究

在泥石流易发区,设置格栅坝,以期达到阻止泥石流的流动或起到消能的作用。以往的实践证明,同规格格栅坝拦截泥石流效果不十分理想。因此,在试验的基础上,研究了泥石流粒径、质量分数变化的特点,通过同规格及上部窄格模型坝拦截泥石流的模拟过流试验,分析7种格栅尺寸的坝型拦截泥石流的效果,得出如下结论：同规格及上部窄格格栅坝均能有效地拦截泥石流的龙头;泥砂量减少率随着上部的Linin／d95值的增大而减小,当Lmin/d95＜1．6时,减少率达到80％以上;且随着下部格栅间隔的增大而减小。因此,在具体设计时,应采用上部窄格的格栅坝型,下部格栅尺寸在考虑Lmin/d95的基础上,同时还应考虑Lmax／d95的比值。     

泥石流对重大水电工程的影响评估--以金沙江下游白鹤滩电站库区黑水河泥石流为例

泥石流是金沙江下游主要山地灾害之一,它对重大水电工程施工和运行期间的工程安全可能构成一定程度的威胁和危害。通过评估该区泥石流对重大水电工程的影响,指出泥石流对水电工程的影响主要表现在对施工道路、水电工程附属设施及移民安置、库区泥沙、坝区工程设施等4个方面。以金沙江下游白鹤滩电站库区黑水河泥石流为例,具体分析了泥石流对水电工程的影响。结果表明,黑水河泥石流可能堵塞主河,其堵塞回水和溃决洪水对白鹤滩电站建设的施工道路、临时设施有一定危害。此外,泥石流会将大量的泥砂带入库区,从而减少电站的有效库容。     

沟壑坝系工程洪水、泥沙溢流计算

在水土流失区,沟壑治理多采取坝系配套工程。但却对沟壑坝系工程失事的溢流现象缺乏相应的观测资料,而不能解析。影响到沟壑治理的整体设计。2008年日本学者中谷洋明在首取川流域应用水中听音器系统观测流沙量,在中规模的101 km2流域进行流沙解析。揭示了沟壑坝系工程洪水流沙波形的变化规律。其结果,流沙波形前期由稍有堆积向小规模流出方向发展,中、后期流沙量有增加趋势。流沙的流出平均速度为0.461 m/s,约为流水的1/3。计算流量和计算流沙量几乎不相关。下游坝的计算流沙量多比上游坝大。虽然本次研究的事例规模较小,但通过在满沙的坝系工程泄洪排沙的定量分析,提出的分析方法,确定在一定程度上能够得到有价值的参考。有关此类事件分析,还有待于进一步积累观测分析,以指导坝系工程规划设计。     

日本关于复合型泥石流发生的判别

由崩塌物流入河道后继续流动而泥石流化的泥石流称为复合型泥石流。若崩塌物的坡下部存有使其能形成天然坝或岩锥的地形 ,则可阻止泥石流的运行。日本学者山田孝等人在日本过去已发生的泥石流实例中 ,选择 7件复合型泥石流、6件形成天然坝的泥石流事件 ,进行统计分析。崩塌底部至流入河道的距离 ,崩塌地与崩塌底部的比高 ,在进行复合型泥石流及天然坝的判别中影响不大 ;崩塌物流入河道的角度为 10°～ 6 2°(平均为 31 4°)是影响最大的因素 ;流入河道地带的坡度为 6°～ 2 5°(平均 15 1°)时 ,影响次之。     

蒋家沟泥石流堵江成因与特征

小江流域是我国乃至世界暴雨泥石流最发育的地区,其中的蒋家沟又是小江流域活动最强烈的泥石流沟。2001年7月8日蒋家沟暴发了大规模的泥石流,泥石流进入小江后淤积成坝,导致小江堵塞,并造成一定灾害。近期的地震活动、前期大量降水和当日长历时连续降雨是该次泥石流形成的主要原因。原导流堤溃决后形成蒋家沟泥石流运动方向与小江水流方向垂直,高粗大颗粒含量、高容重和大流量的有机组合是泥石流停淤成坝堵塞小江的主要因素。