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堰塞坝连续溃决对泥石流规模放大效应影响研究

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摘要

第1章 前言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 总结

1.3 目前研究中存在着的主要问题

1.4 主要研究内容及技术路线

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 主要技术路

1.4.3 本论文特色与创新处

1.5.拟取得的成果

第2章 泥石流放大效应实例研究

2.1 舟曲泥石流背景

2.1.1 地形和地貌特性

2.1.2 降雨触发泥石流机制

2.2 堰塞湖的连续溃决过程和泥石流规模放大过程

2.2.1 罗家峪沟的流速和流量变化

2.2.2 大峪沟的流速和流量变化

2.3 舟曲泥石流规模放大效应分析

2.4 七盘沟泥石流背景

2.4.1 气象水文

2.4.2 地形地貌及沟道条件

2.4.3 沟道堵塞坝物源

2.5 堰塞坝堵溃点分析

2.5.1 老鹰岩堵溃点

2.5.2 黄泥槽堵溃点

2.6 七盘沟泥石流放大效应特征分析

2.7 本章小结

第3章 堰塞坝连续溃决物理模拟试验

3.1 引言

3.2 堰塞坝泥石流水槽试验概况

3.2.1 试验目的

3.2.2 试验设备

3.2.3 试验材料

3.3 试验方法

3.4 试验过程

3.5 坝体溃决分析

3.5.1 堰塞坝的漫顶溃决过程

3.5.2 堰塞坝的漫顶溃决特征

3.6 试验数据分析

3.7 本章小结

第4章 堰塞坝连续溃决对泥石流规模的放大效应

4.1 引言

4.2 堰塞坝连续溃决对泥石流规模的影响

4.2.1 泥石流能量转化关系

4.2.2 泥石流势能与峰值流量的关系

4.3 堰塞坝连续溃决的能量放大效应分析

4.3.1 由震动加速度确定溃坝能量的方法

4.3.2 溃决能量的放大比例分析

4.4 本章小结

第5章 坝体初始含水率对放大效应影响

5.1 试验背景

5.2 坝体初始含水率为5%的试验

5.2.1 试验方案

5.2.2 结果分析

5.3 坝体初始含水率为8%的试验

5.3.1 试验方案

5.3.2 结果分析

5.4 坝体初始含水率为12%的试验

5.4.1 试验方案

5.4.2 结果分析

5.5 坝体不同初始含水率对放大效应的结果对比

第6章 水槽坡度对连续溃决型泥石流规模的放大效应影响

6.1 试验背景

6.2 坡度为18°水槽试验

6.2.1 试验方案

6.2.2 结果分析

6.3 坡度为5°水槽试验

6.3.1 试验方案

6.3.2 结果分析

6.4 结论

第7章 坝体颗粒级配对连续溃决型泥石流规模放大效应的影响

7.1 试验背景

7.2 试验方案及参数

7.3 结果分析

7.3.1 中值粒径为4mm,不均匀系数为14.25试验

7.3.2 中值粒径为3mm,不均匀系数为7.5试验

7.3.3 中值粒径为5mm,不均匀系数为63试验

7.3.4 结论

7.4 本章小结

结论与展望

1 结论

2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得学术成果

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摘要

泥石流灾害现在已经成为我国重大的地质灾害之一,这种灾害会引起堵塞江河、掩埋村庄及摧毁建筑厂矿的危害,造成了重大的经济损失和人员伤亡。泥石流指的是山区或者沟谷深壑的险峻地区,暴雨、暴雪等自然灾害引发山体滑坡并且携带有大量泥沙及石块的特殊洪流。如果流入沟道内的山洪引发了堰塞坝的连续溃决,坝体连续溃决的洪流会使泥石流的规模放大,非常容易在很短的时间内造成特大泥石流灾害。
  本文以七盘沟和舟曲泥石流为例,地震触发了大量的崩塌、滑坡等地质灾害,这些堆积体在沟道内形成大量的堵塞坝。2013年7月10日,汶川县七盘沟由于大暴雨而引发洪流,上游洪水先造成支沟堰塞坝溃决,产生的突发性高强洪水再使主沟的坝体溃决,最后造成特大泥石流灾害。
  研究堰塞坝连续溃决的过程及对泥石流规模的放大效应,对于研究泥石流的定性危害具有重要的科学理论意义,更对连续溃决型泥石流的治理具有实际应用价值。
  本文是在野外勘查的基础上,运用野外泥石流堆积体为研究对象,以室内物理试验方法,深入研究堰塞坝连续溃决对泥石流规模的放大效应,其中主要研究坝体的初始含水率颗粒级配、水槽坡度和坝体颗粒机配对放大效应的影响,最后得出了以下成果和认识:
  (1)当上游堰塞坝发生溃决,会产生大量的涌动洪水,并增加沟道内的物质的势能,增大转化而成的流体的动能,致使坝体连续溃决而造成泥石流规模放大,形成特大泥石流灾害。
  (2)堰塞坝的连续溃决中,坝体的溃决破坏形式为漫顶溃决,其中为瞬时漫顶溃决,溃决洪水会对坝体进行过坝冲刷侵蚀,坝体坡面整体侵蚀,历时短,坝体几乎无渗透和管涌作用。
  (3)根据不同水槽坡度的堰塞坝连续溃决试验,当水槽坡度为5°时,坝体的溃决能量的放大倍数约2倍,泥石流规模的放大效应不是特别大;当水槽坡度为18°时,连续的溃坝能量放大比例更大,泥石流规模的放大效应也比较明显。
  (4)坝体的材料对堰塞坝连续溃决造成的泥石流规模有一定的影响,其中对于不同含水情况的坝体,在泥石流来流的冲刷下,初始含水率越大的坝体,溃决能量的放大倍数越高,泥石流规模的放大效应越明显。
  (5)坝体的级配特征以粒径中值D50和不均匀系数Cu为参考值,随着D50的增大,不均匀系数也在增大,溃决能量的放大倍数最大,对泥石流规模的放大效应影响更大。说明粒径中值较大的坝体连续溃决对泥石流规模的放大效应是明显的。

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