泥石流入汇主河后水-泥流特征研究

摘要

泥石流是山区最常见几种地质灾害之一，泥石流入汇河流，将大量沙石巨砾带入河流，往往造成不同程度的危害。泥石流入汇主河成灾主要体现在汇流区，轻则淤积河道形成急流或险滩，对河流通航、泄洪等造成影响;重则完全堵断河流形成堰塞坝，造成淹没及洪水灾难。本文以泥石流入汇主河后，汇流区的泥石流运动、输移以及沉积特性为研究内容，首先通过资料收集和野外实地调查，总结分析了泥石流入汇主河的特点、形式、结果以及影响因素;然后开展不同条件下的泥石流入汇主河模型试验，获得各参数对汇流区堆积体形态参数和汇流区水位变化的影响趋势，分析泥石流堵河的不同模式及其汇流机理;最后利用动量守恒定理，从理论上分析了在汇流区形成的堰塞体宽度。
　　磨西河泥石流堵塞大渡河物理模拟试验结果表明:容重对汇流区堆积体的形态参数影响较大，当泥石流容重大于1.7g/cm3时，汇流区才会形成稳定堆积体，随着容重的增加，堆积体尺寸呈线性增加;高流速泥石流能够横穿河床，撞击对岸后折返，溯源堆积;其他条件相同的情况下，泥石流的总量越大，堵河程度越严重。根据相似条件，若磨西河再度爆发的泥石流容重大于1.9g/cm3,当泥石流总量达到47.5×104m3时，磨西河泥石流将半堵大渡河;当泥石流总量达到85.5×104m3时，将完全堵断大渡河，试验结果与雨洪法计算结果有较好的适应性。磨西河泥石流为其流域群发泥石流汇合而成，具备再次堵塞大渡河的能力，应注意防范。
　　交汇角被普遍认为是影响泥石流与主河汇流结果的重要参数。为了研究交汇角α的影响作用，进一步探索泥石流与主河汇流的一般性规律，开展了泥石流入汇主河的概化模型试验。试验表明:直角交汇为泥石流堵河的最有害交汇角，钝角交汇形成的堆积体范围较其他情况小但厚度大;当堵塞程度系数大于0.4时，汇流区上游才出现水位壅高的现象，不同堵塞程度和堵河模式，水位壅高值不同;泥石流容重和总量同样是影响汇流区堆积体形成的重要参数;从实验现象和试验结果分析出泥石流堵河的四种不同模式:①顶冲堰塞全堵、②单向推进局部堵塞、③双向束窄局部堵塞、④潜坝壅堵，各模式出现的几率和存在的时间长度与天然条件下相符。
　　泥石流入汇主河是从较陡沟道进入较平缓的河床，依据Takahashi的泥石流在变坡度沟道内的运动方程，考虑河床阻力以及水流阻力的影响，推导泥石流在河床上的运动距离计算公式，用于计算汇流区堆积体的宽度。理论分析计算结果与实验实测结果有较好的适应性，试验结果和理论分析能够为泥石流堵河的前期识别分析提供参考。

目录

声明

摘要

第1章前言

研究背景及意义

1．1 国内外研究现状

1．2．1 泥石流流体理论模型研究现状

1．2．2 泥石流与主河汇流研究现状

1．2．3 泥石流物理模拟试验研究以及数值模拟的研究现状

1．2．4 泥石流与主河汇流研究现状的综合评述

1．3 研究方法以及主要研究内容

1．3．1 研究思路与技术路线

1．3．2 研究方法

1．3．3 主要研究内容

第2章 泥石流入汇主河的模式、特点及影响

2．1 泥石流入汇主河典型案例

2．2 自然条件下泥石流入汇主河的特点及影响

2．2．1 汇流运动的形式和特点

2．2．2 汇流的结果和影响

2．3 影响泥石流与主河汇流成灾的主要因素

2．3．1 交汇角

2．3．2 流速比

2．3．3 流量比

2．3．4 泥石流入汇总量

2．3．5 支主沟河床条件

2．3．6 泥石流流体性质

2．4 本章小结

第3章 磨西河泥石流堵塞大渡河物理模拟试验

3．1 沟域背景及堵河事件简介

3．2 试验方案设计

3．2．1 流动相似性原理

3．2．2 模型相似比尺

3．2．3 试验装置与方法

3．2．4 试验物料

3．2．5 实验内容及步骤

3．3 试验结果及分析

3．3．1 试验数据

3．3．2 试验结果分析

3．4 不同堵塞程度所需泥石流总量计算

3．4．1 根据试验相似比计算

3．4．2 根据雨洪法计算

3．4．3 试验推算结果与雨洪法计算结果比较

3．5 本章小结

第4章 泥石流入汇主河概化模型试验

4．1 试验概述

4．2 试验方案设计

4．2．1 试验装置与方法

4．2．2 泥石流浆体配制

4．2．3 实验内容及步骤

4．3 试验结果及分析

4．3．1 试验数据

4．3．2 实验结果分析

4．4 堵河模式及汇流机理分析

4．4．1 顶冲堰塞全堵

4．4．2 单侧推进局部堵塞

4．4．3 双侧束窄局部堵塞

4．4．4 潜坝壅堵

4．4 本章小结

第5章 泥石流堵河程度理论分析

5．1 现有泥石流堵河判别经验公式

5．2 汇流区堆积体宽度理论分析

5．2．1 Takahashi基于动量定理的泥石流在变坡度沟道内运动方程

5．2．2 直角交汇汇流区堆积体宽度

5．2．3 任意角度交汇汇流区堆积体宽度

5．2．4 计算公式量纲分析

5．3 理论计算结果与试验结果对E匕

5．3．1 理论计算结果与物理模拟试验结果对比

5．3．2 理论计算结果与概化模型试验结果对比

5．4 本章小结

结论和展望

1 本文研究主要结论

2 问题及展望

致谢

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果