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。     

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。     

不同条件下泥石流堰塞坝的溃决过程

[目的]对不同因素作用下的泥石流堰塞坝溃决过程进行试验研究,为泥石流堰塞坝的灾害防治和灾后重建等提供科学支撑。[方法]开展了不同来水流量、坝体形态、黏粒含量、坝高和初始含水量条件下的溃决试验。将漫顶溃决过程分为4个阶段:坡面侵蚀过程、陡坎侵蚀过程、下切和侧向侵蚀过程和衰退过程。此外,分析了泥石流堰塞坝坝体破坏机理,并给出下游坡面泥沙起动临界条件的计算式。[结果]溃决流量与来水流量之间呈非线性正相关;溃决洪峰流量随着背水坡坡度增加而增加;溃决洪峰流量随着坝高的增加而迅速增加,泥石流堰塞坝坝体黏粒含量与溃决洪峰流量之间整体呈现负相关;溃决洪峰流量随着土体初始含水量的增加而缓慢降低,但变化的范围不大。[结论]在泥石流堰塞坝溃决的不同因素中,坝高和黏粒含量影响最大,来水流量次之,背水坡度和初始含水量影响最小。     

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。     

木制堰堤的特征与设计

在欧美80年代已采用木制堰堤，在日本1939年也有采用木制堰堤的记录。但木材作为堰堤村科，存在耐久性短的问题，而采用防腐处理，需注意水污染。现已开发出不存在水污染且有防腐作用的防届剂，使木材作为堰堤材料成为可能。一般认为，以木材为原料较混凝土、钢材在景观保全、环境保护以及施工性等方面具有优越性，只要选择适宜使用木材的地点、场合，作木制堰堤是可行的。对于木制堰堤的设计，基本与（日本）“钢制砂防结构设计手册”中框架结构不透水型坝设计相同。研究证明，采用普通原木可以设计出与混凝土或钢材具有同样安全性的堰提。     

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。     

连续配置钢管格栅坝拦截泥石流效果

在相同试验条件下床用无坝处理、单坝处理、双坝处理、单坝加双坝组合处理，设１０种组合试验。试验用的模型坝分３种类型（Ｌ／ｄ９５＝３．５类型Ⅰ）、２．５（类型Ⅱ）、１．９（类型Ⅲ）。分别进行泥石流泥沙体积分数（ｖ）的变化测试、泥石流粒径变化的试验研究。其结果：在上游配置类型Ⅰ、类型Ⅱ，在下游配置类型Ⅲ的情况下，峰值排沙量减少率与总排沙量减少率提高，ｖ随时间的延长而降低。在上游配置类型Ⅰ、类型Ⅱ，在下游配置类型Ⅱ情况下，峰值排沙量减少率没有太大的变化。但总排沙量减少率变低，队随时间的延长而增高。关于ｄ９５粒径随时间的变化情况，连续配置与设置１座时没有明显的差别。     

拦沙坝设置对泥石流拦截作用的数学分析

应用数学理论研究了拦沙坝对泥石流堆积过程产生的影响,探讨了泥石流的流动与堆积过程。用向量的观点分析泥沙在水坝内的运动与堆积,推出新的泥沙和泥石流运动、堆积计算公式,使计算的数值更接近实际状况。以大小2种粒径的泥沙作为讨论的对象,采用泥石流的流动堆积模拟实验模型方案,适用于不透水型拦沙坝设置地点的泥石流堆积过程。但缺乏与实地观测记录进行比较,因此,本数值模拟实验模型的妥当性要做验证,尚须用多级粒径数值模拟实验模型研究。泥石流的流量水位图对粒径变化的影响,没有采用混合沙砾模型,尚有许多不明之处。     

泥石流梁式格栅坝拦砂性能试验研究

通过特殊泥石流试验装置 ,对泥石流梁式格栅坝拦砂性能进行研究 ,初步得到 :梁式格栅坝有全部闭塞、临时闭塞、半闭塞、未闭塞 4种闭塞类型。当梁间距 b与泥石流体中最大颗粒粒径 dm ax之比 b/ dmax≤ 1.0时 ,格栅坝基本闭塞 ;b/ dmax≥ 1.5时 ,格栅坝未闭塞 ;1.0 相似文献   

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。     

浮木拦截工程的拦截性能试验研究

风倒木又多伴泥石流而流出,多因建筑物拦截而雍高水位,造成洪泛水灾。在日本控制浮木灾害的规范规定拦截工程间隔B与最大浮木长度的比Lmax<1/2。2010年日本学者谷一等人通过模拟试验研究浮木长度及拦截工程间隔的变化,对拦截浮木性能的影响。其结论是:在B/Lmax同等条件下,浮木长度变短拦截率降低。不同浮木长度混在一起,拦截率降低。浮木拦截率取决于浮木长度、直径,拦截工程间隔、高度,流量等。有关拦截率推测公式,虽然与试验结果具有一致性,但其适用性研究不充分,有待于在今后工作,进一步深入研究。     

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。     

堰塞坝滑坡几率与坝型参数的关系

堰塞坝因在堆积过程中,不能达到水工建筑物的质量要求,多因积水或洪水漫顶而失事,造成下游泥沙洪水灾害。2005年日本学者森俊勇等人应用圆弧滑动原理对堰塞坝坍塌过程中滑坡发生几率进行了研讨,通过计算黏着力、内摩擦角、坝体下游面坡度、坝高、坝顶宽等参数,得出坝体的安全率。当坝体材料内摩擦角和黏着力较小时,坝顶宽为1 m,下游面坡度为30,°坝高30 m以上的堰塞坝,在上游溢水位达到坝高1/4之前可能发生滑动破坏;坝高15 m的堰塞坝,在上游溢水位达到坝高3/4之前可能发生滑动破坏。但在研究实际形成的堰塞坝时,应从堰塞坝的坝顶宽、坝体积、满水时溢水位流速以及与坝体材料的土质系数相关的资料入手,进行推测,推断滑动破坏发生的可能性。在可能发生滑动破坏的区域,有必要研究溢流侵蚀的机理以及组合式滑动破坏。     

泥石流源区新银合欢细根质量动态与垂直分布特征

 以中国科学院东川泥石流观测站人工林中3、5、9、14和20年生新银合欢为研究对象,采用分层挖掘法对距树干1.0 m处细根质量动态与细根质量密度分布进行研究。结果表明:新银合欢细根质量在相同范围剖面中并非随树龄的增加而单一增大,而是先减小后增大;不同树龄细根质量密度最大值都出现在0～20 cm土层,呈现出明显的表聚特征,但随树龄的增加,根系集中化特征减弱,表现为向深层化扩张、均匀化方向发展;细根质量密度与土层深度相关性关系明显,垂直分布特征遵循指数函数分布,其中根径D≤2 mm细根在细根分布特征中起主导作用,而2 mm<D≤5 mm细根对细根分布特性影响不大。研究结果可为生物措施防治泥石流提供重要依据。     

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。     

水石流梳子型切口坝拦砂性能试验研究

通过室内水槽试验,对梳子型切口坝切口闭塞临界条件和拦砂性能进行探讨。初步得到:（1）切口坝有全闭塞、部分闭塞、不闭塞和随机闭塞4种闭塞类型。当切口坝的切口宽度b与水石流中最大颗粒粒径d_max之比b/d_max≤ 1.0时,切口全闭塞;b/d_max≥ 2时,切口不闭塞;1.0 <b/d_max<1.5时,切口一般是部分闭塞;1.5≤ b/d_max<2,出现随机闭塞;（2）在同一水槽坡度下,随着b/d_max的逐渐增大,切口坝泥砂拦截率逐渐下降;当b/dmax一定时,泥砂拦截率随坡度的降低而增大。     

铁丝网坝的性能设计

铁丝网坝是为防治泥石流而设计的渗透型水土保持设施。1975年在日本上上掘泽进行了试验研究,其作用是减少泥石流的流动。但1976年发生的石砾型泥石流,使原网坝中部的4条吊索断裂。分析存在的问题:吊索荷载过于集中,向吊索的下游方向移动不顺畅,造成吊索的磨损。2003年改良设计,重点加强了对荷载集中吊索的研究,充分考虑了吊索向下游方向位移,研究了除石以及复位作业的施工性。据2010年日本相关部门统计,按新方法设计的铁丝网坝,至此已捕捉数次泥石流。在性能方面主要体现在:1)通过减少河床作业保证施工安全;2)能充分考虑自然环境;3)能确实捕捉泥石流。     

带摩擦阻尼器的新型泥石流拦挡坝的动力响应

[目的]为解决普通格栅泥石流拦挡坝容易被损毁的问题,提出带摩擦阻尼器的新型泥石流格栅拦挡坝,为摩擦阻尼器在新型泥石流格栅坝中的应用提供依据。[方法]采用钢球模拟泥石流中的大块石,运用有限元软件ABAQUS对这种新型坝体进行泥石流大块石的冲击模拟。[结果]与普通泥石流拦挡坝相比,带摩擦阻尼器的新型泥石流拦挡坝在巨石冲击坝体时梁柱节点处的应力响应明显减小。[结论]新型泥石流格栅坝在位移、能量等方面具有良好的抗冲击性能。     

支流泥石流入汇对主河河型成因的影响

探讨了泥石流入汇后随主河水流运动的几种可能形态和运动特点,分析了泥石流入汇与主河河床演变的关系.根据所提出的河型分类模式,分析了泥石流对河型形成的影响,按河岸可动性与河床可动性的比值,将主河河床演变分为单股和多股;按主河水沙搭配指数的大小将主河分成低滩和高滩.对不同类型河流河床演变进行了分析,为进行泥石流入汇对主河水沙运动与河床演变的影响的研究奠定了基础.