泥石流堵河条件的研究

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1、泥石流堵河条件的研究理论背景：泥石流堵塞主河是山区河流常发生的灾害之一。本文首先通过室内模型试验，观察到了泥石流堵河的3种形式，即潜坝壅堵、堰塞坝局部阻塞、堰塞坝全堵。在这些研究成果屮，关于泥石流堵河的影响因素基本上认为是支主流流量、流速、交汇角、主河宽度、坡度、泥石流性质等。但是关于泥石流堵河过程及数学模型的研究仍显欠缺。泥石流进入主河后，与主河相互作用，改变着泥石流龙头的动力学特性，也改变了主河水流的运动规律，因此，研究泥石流堵河条件，需要从泥石流在主河屮的运动过程来求得解答。要研究的问题：1•泥石流与主河的交汇关系(a)试

2、验装置及测试手段测试手段：主槽流量采用三角堰测定，速度釆用示踪法，水位采用传感器加数采系统自动测量；泥石流总量和堆积体用体积法加移动式河床高程计测量，泥石流龙头速度采用示踪法；泥石流运动形态和主河的水流变化采用多点高精度摄像头进行记录。(b)试验内容及分析关于泥石流堵河的影响因素，已有了很多试验研究成果，为了重点了解泥石流入汇时交汇区的运动特点以及泥石流入汇总量对堵河的影响程度，本试验选取黏性泥石流，容重1.9-2.15t/m3,最大颗粒26.5mm,泥石流颗粒级配曲线如图2。试验交汇角为90°,主河水深、流量固定不变，试验内容

3、主要有：(1)改变泥石流容重、汇流比,研究泥石流与主河交汇特征。(2)固定泥石流容重，改变泥石流总量，研究泥右流总量对堵河的影响。本次试验说明，对于容重较大的黏性泥石流，主河水流对其结构休的作用较弱，但泥石流对主河水流的作用较大，堵河发生可能性高。在研究此类交汇时，可以采用一维或二维泥石流运动模型。对于稀性泥石流或黏粒含量较少的泥石流，试验发现其交汇过程中泥石流与主河水流相互作用较大，当泥右流规模较大时，会引起主河河床大范围增高，也会发生主河被堵的灾害问题。(c)泥石流的发展趋势干溪沟泥石流的形成条件有4个：陡峻、深切、呈“V”

4、型的沟谷，丰富松散的物源，人量集中型的降雨以及独特的冲刷条件，植被条件与人类经济活动。自1979年发生泥石流以来，这4个条件基本没有消除。根据干溪沟泥石流易发程度数量化评分表进行干溪沟易发程度量化综合评判等级划分，干溪沟属于泥石流极易发沟，极有可能再次爆发规模相当于1979年的泥石流,其危害等级为特大型，潜在危险性等级为特大型。因此，干溪沟泥石流必须进行相应的综合治理。2.交汇区混合流动力学方程对于大多数的泥石流与主河交汇问题，需要考虑泥石流与主河水流的相互作用。当主河水深较小时，泥石流在主河道的运动过程可简化为泥石流的堆积过程

5、，通过分析堆积区域与主河道的尺度关系可估计其堵河的条件。3•数值计算方法及耦合模型有关泥石流的数值计算方法，其屮大多数是基于计算流体力学的方法,只是在流变关系上与纯水流场有所不同，目前较多的是二维差分计算模型。由于泥石流与主河交汇问题是非定常问题口边界条件也较复杂，特别是交汇区流场的物性参数及本构关系在时空两方面均发生变化，因此必须采用适宜的数值计算方法。4•模拟计算结果分析(a)计算条件及计算结果模拟计算可改变主支流速度、沟道宽度、水深、交汇角度，入汇持续时间、流变参数等。第一组模拟分析重点是主河与泥石流沟道的速度比、入汇时间

6、。在相同速度比，相同入汇持续时间下，黏度和屈服应力值大的泥石流受主河水流的作用变小，这说明黏性泥石流，若有足够大的规模，发生堵河的可能性较大。但是流变特性也影响泥石流进入主河的总量，在支沟状况相同的条件下，泥石流容重越大，进入主河的总量就越小。求证的方法：对震后的调查与资料的收集，以及对别人类似文献的参考。主要的结果：根据室内模型试验，获取了泥石流堵河的几种形式以及交汇区流动特点，同时证明了泥石流入汇总量对堵河的直接影响。在试验研究的基础上建立了交汇区三维流动方程，结合PIC和MAC数值计算，建立了双场交汇耦合模型。根据模拟计算

7、和实验结果，得出泥石流与主河动量比大小是判断堵河发生的主要条件，同时发现泥石流入汇总量也是必需考虑的因素。因此提出了新的堵河判定综合因子C/sinQ二(Ysqv)(ywQu)?Vs/VO。