水力类泥石流起动模型初步研究

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泥石流是发生在山区的一种常见的自然灾害现象,主要是由于暴雨、雪等条件其他自然灾害引发的携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流,是介于水流和滑坡之间的土、水固液两相混合流体。冰碛湖泥石流主要是由于高原地区冰碛湖上游的冰滑坡或者强降雨、雪等条件下形成冰碛湖洪水,冰碛湖洪水冲刷冰碛堤而诱发的泥石流。根据其形成的动力条件,泥石流可以分为土力类泥石流和水力类泥石流两种。四川省都江堰市龙池镇是汶川“5.12”地震重灾区之一,地震导致该区滑坡崩塌等泥石流物源分布广泛,2010年8月13日,该区暴发了特大规模的群发性泥石流过程。已有研究表明龙池地区的泥石流主要暴雨型水力类泥石流。因此,研究龙池地区水力类泥石流的起动机理和起动条件,为该区泥石流灾害治理提供了一定参考。冰碛湖是冰川运动的产物,我国冰碛湖主要分布在西藏地区,具有数量众多、分布广泛等特点。随着全球气候变暖,特别是20世纪50年代以来,西藏地区冰碛湖发生了巨大变化,而该区冰碛湖溃决灾害多发生在6-9月。我国西藏地区冰碛湖溃决导致的洪水和泥石流是影响该地区社会经济发展和公路、铁路、水电等工程建设的主要工程地质灾害之一。为此,本文总结了前人的研究成果,根据伯努利方程和受力分析等,研究冰碛湖冰碛堤的受力情况和稳定性,冰碛湖洪水沿着冰碛湖传播过程中的衰减特征,以及冰碛湖溃决时的冰碛湖洪水的溢流高度等,为冰碛湖溃决的预警预报提供一定的参考。通过对四川省都江堰市龙池镇“8.13”特大群发性泥石流和西藏林芝地区的米堆沟、古乡勾、天摩沟、雪瓦卡沟等进行野外实际调查及基础资料收集,研究泥石流的沟道起动和冰湖溃决起动机理,并结合室内实验建立该区泥石流沟床起动和冰碛湖溃决起动的临界判别式,得到以下结论:1).四川龙池地区在“5.12”地震作用中形成了大量的沟道泥石流物源,在“8.13”强降雨条件下,暴发了大量的水力类泥石流过程。通过对龙池地区泥石流野外观察和室内样品分析,得出了有效粒径d50约为90mm,泥石流暴发主要受物源结构构造、地形条件、沟道糙率以及降雨等特征的影响。2).对西藏地区泥石流调查发现,西藏林芝地区泥石流沟暴发泥石流过程主要由于该区域的温度的突变、以及降雨条件导致冰川强烈消融等,诱发水力类泥石流暴发。3).通过成都理工大大学国家重点实验室—泥石流实验室的水力类泥石流实验,发现影响水力类泥石流起动的主要原因为上游来水,导致沟道泥石流物源饱和,随后其孔隙水突然增加,并且形成一定厚度的径流,冲刷沟道泥石流物源物质,由于细小颗粒的冲刷搬运等,使得流体的容重增加,流体对大颗粒物质的搬运能力也随之增加,当径流到达一定深度时,诱发沟道内的泥石流物源整体被冲刷,最终诱发泥石流。4).通过实验观测数据和理论分析数据的对比,拟合出水力类泥石流起动的模型,得出野外水力类泥石流可能起动的水深特征等。5).通过通过成都理工大大学国家重点实验室—泥石流实验室的冰碛湖溃决泥石流实验,定量观测冰碛湖溃坝泥石流暴发时刻的上游清水水深、流量,冰碛坝溃坝时刻的溃决水深和溃决流量,得到冰碛坝溃坝与冰碛坝堆积厚度、冰碛坝堆积位置的沟道坡度、冰碛坝溃决水深以及上游清水水深等的关系。
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