泥石流拦砂坝坝前堆积和沟床坡度对扬压力的影响

利用大型水槽和泥石流拦砂坝模型,开展了坝前堆积和沟床坡度对拦砂坝底扬压力的影响试验。结果表明:(1)坝前堆积物的渗透性对坝底扬压力影响显著,渗透性越好,作用于坝底的扬压力越大,反之则越小;(2)扬压力随着距坝踵距离的增大而减小,即扬压力从拦砂坝上游至下游逐渐变小;(3)沟床坡度对坝底扬压力的影响显著,沟床坡度越大,作用于坝底扬压力越小。     

北川-汶川地区泥石流拦砂坝运行效果分析

2018年7月通过野外实地考察,选取北川-汶川地区15条泥石流沟中的23座拦砂坝进行运行效果分析.结果表明,研究区域内拦砂坝以窗口坝为主,且多数处于满库或半库状态,仅4座拦砂坝运行状态良好.对其余受到破坏的拦砂坝依据其损毁特征进行分类,其中坝基掏蚀-倾倒型占37%,坝基掏蚀-错落型占11%,渗透-侵蚀型占47%,块石冲击-碎裂型占5%.通过对该地区泥石流拦砂坝沟床的调查,建立了北川和汶川地区泥石流拦砂坝回淤坡度经验公式.对该地区泥石流拦砂坝上、下游的堆积物进行实验分析,引入上、下游堆积物粒径比,发现拦砂坝对于泥石流粒径具有一定的分选作用.对过坝前后泥石流的容重进行分析,发现拦砂坝对泥石流容重具有明显的调节作用.     

泥石流拦挡坝总坝高设定及坝后淤积计算

泥石流沟道治理中拦挡坝总坝高的设定和坝后淤积率的计算涉及治理工程的安全和经济效益,是一个无法回避的难点。以武都区已治理的23条沟道(共布设112道拦挡坝)作为研究对象进行比较分析,采用直线相关的回归方程对经验公式进行优化。结果表明:泥石流沟道运行9～11 a后,武都区43%的泥石流治理沟道总库容淤积和单坝淤积不足50%,属于过度治理;优化后的拦挡坝总高度计算公式既考虑了泥石流沟道治理的安全,又考虑了治理效益的最大化,更符合设计要求;推导的坝后回淤比降计算公式与原沟床建立了线性关系,便于设计人员应用,其计算结果约为治理前沟床比降的0.49～0.61倍,在前人研究的区间内,具有科学性和实用性。以上研究为武都区泥石流拦挡坝设计、创新及管理提供了可靠依据。     

不同类型拦挡坝拦蓄特征试验研究

由于陇南泥石流灾害破坏性强,拦挡坝拦蓄性能不清晰,因此本实验通过无泄水涵洞拦挡坝、有泄水涵洞拦挡坝及不设拦挡坝的对比试验,模拟了泥石流发生后坝体的拦蓄性能和流体特征。文章通过试验获取了坝后淤积物体积函数模型,并讨论了拦挡坝振动加速度、冲击力和槽底不同位置处含水率变化情况。结果表明：加拦挡坝减弱了泥石流对试验槽壁和槽底的陶蚀振动,无泄水涵洞拦挡坝因坝体封闭,短期内淤积了大量泥石流,导致其对试验槽的振动小、流通间隙短,对坝前的冲击力整体减弱,水石分离变差;有泄水涵洞拦挡坝因涵洞的汇流、疏通作用,导致其对试验槽振动较大、流通间隙较长,其坝后淤积量为无泄水涵洞拦挡坝的1/3,且因涵洞的分流作用,使其对坝前冲击力整体增大。分析含水率数据得出,淤积区和未淤积区的分界处,其含水率较其他部位低。基于上述单拦挡坝的性质,再加之陇南多数拦挡坝已淤满,因此,文中构绘了多坡度新型拦挡坝,其主要特征为,在坝体的背面设置了不同坡度的冲击面,其很好地减弱了泥石流的冲击力,多坡度面分别为跌水区、缓坡区、大角区。     

尾矿坝排渗系统淤堵机理试验研究

因尾矿坝排渗系统淤堵导致坝体浸润线增高,进而导致溃坝的事故时有发生。为解决排渗淤堵问题,以银山铅锌矿尾矿坝排渗设施淤堵为背景,分别从物理因素、化学因素、生物因素三方面对其淤堵机理进行了试验研究,试验结果表明:尾矿砂细粒可造成物理淤堵,不含细粒时尾矿砂渗透系数是含细粒时渗透系数的3.7倍;垂直载荷可导致土工布和尾矿砂渗透性能下降,尾矿砂和土工布的渗透系数与垂直压力呈负相关关系,在垂直压力为1 MPa时,尾矿砂渗透系数下降了88.5%,土工布渗透系数下降95.9%;尾矿砂中的主要矿物是黄铁矿(FeS_2),尾矿水中的主要金属离子为Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Mn~(2+),造成排渗设施化学淤堵的主要物质是CaCO_3、Mg(OH)_2、Fe(OH)_3、Fe_2O_3·XH_2O、Mn(OH)_2;尾矿砂和尾矿水中的微生物主要是变形菌门(proteobacteria)。     

拦砂坝工程对吐峪沟千佛洞崖体稳定性的影响

在吐峪沟修建拦砂坝对吐峪沟石窟造成了严重的破坏,崖体崩塌、倾倒在短时间内频繁发生.拦砂坝在修建过程中,导致原来强烈风化的基岩松动,诱发了崖体坍塌；拦砂坝修成以后,由于水的冲蚀和浸泡,使崖体基座的泥岩软化、崩解,造成基岩松动或局部垮塌,严重影响了上部土体和洞窟的稳定性,导致崖体在拦砂坝修成以后崩塌、倾倒频繁发生；拦砂坝内水位的频繁变化是影响崖体稳定性的重要因素.不当的水利工程是河谷地貌类型石窟寺破坏的原因之一.     

泥石流排导槽槛后侵蚀实验研究

通过排导槽室内实验,探究了泥石流重度分别为13、15、17、19 kN/m~3,坡度分别为7°、10°、12°、15°、17°,肋槛间距分别为40、50、60、70、80 cm的情况下排导槽肋槛后部冲刷坑的纵横剖面形态、最大冲刷深度及其变化规律.研究发现:排导槽槛后冲刷坑的深度随泥石流重度的增大而减少,随排导槽坡度的增加而增加,随肋槛间距的增大而增大,且冲刷坑深度随重度、沟床坡度、肋槛间距变化的关系分别为二项式关系、线性关系、对数关系.肋槛后部侵蚀坑纵剖面可分为槛后冲刷区、冲淤平衡区和槛前回淤区3个部分,侵蚀坑横剖面具有凹形横剖面、震荡型横剖面、平缓型横剖面3种形态.     

泥石流拦砂坝下游局部冲刷研究现状及展望

下游局部冲刷是影响泄水建筑物、泥石流拦砂坝安全运行的共同危害形式之一.对泄水建筑物与泥石流拦砂坝下游局部冲刷的准确认识,是防治下游局部冲刷的依据.以泄水建筑物与拦砂坝下游局部冲刷为研究对象,对下游局部冲刷坑深度计算、冲刷动力来源—水舌和泥舌的研究现状进行阐述与分析.总结得出:对泄水建筑物下游局部冲刷坑深度的计算已有较多计算公式及预测模型,关于其冲刷动力来源—水舌的水力特性也有较全面研究;拦砂坝下游局部冲刷的研究大多借鉴水利工程上的研究成果,然而泥石流属于非牛顿流体、不同于水流,并不能将泄水建筑物下游局部冲刷的研究成果简单应用于泥石流中。此外,对拦砂坝下游局部冲刷的动力来源—泥舌的水力特性认识不够充分.鉴于拦砂坝下游局部冲刷研究中存在的不足,探讨了未来可开展的工作:①基于物质组成和流速分布的泥舌水力特性研究;②基于动力演变过程的泥舌冲击力特征研究;③基于泥石流动力学过程的拦砂坝下游冲刷坑参数计算方法研究.     

基于GPU的岩石碎屑流与拦砂坝交互场景的三维建模与可视化

针对近年来岩石碎屑流灾害频发现象,并结合当前岩石碎屑流建模与可视化的需要,通过三维可视化模拟岩石碎屑流形成后,岩石碎屑流蓄满第一级拦砂坝后被第二级拦砂坝拦截的过程,以直观地表达岩石碎屑流现象,再现岩石碎屑流灾害的防灾减灾过程.采用离散元法建立岩石碎屑流模型,在场景中构建拦砂坝和排导槽等防灾设施模型,并对其进行边界处理,充分利用GPU的高度并行性和可编程性,使得利用离散元法模拟大规模岩石碎屑流的计算结果能够满足实时的要求,实现岩石碎屑流与拦砂坝交互场景的三维可视化.实验结果表明:该方法能够模拟出较丰富的岩石碎屑流细节效果,并且能够满足实时性的要求,展示了防灾减灾的过程,为岩石碎屑流防灾减灾的处理设计与施工提供直观的可视化分析平台,有助于岩石碎屑流灾害风险评估后进行岩石碎屑流灾害的防灾减灾措施.     

海岸砂坝—泻湖沉积体系中砂体分布及其预测

依据砂坝－泻湖体系的类型,对砂体作出预测：稳定型砂坝－泻湖体系中砂体类型多,厚度大,叠置关系复杂;海侵型砂坝－泻湖体系中砂体类型少,主要为砂坝砂体,呈席状或多列阶梯状分布;海遇型砂坝泻湖体系中砂坝砂体呈多列分布,泻湖中砂体类型多,并具有复杂的分布格局,破坝－泻湖体系中砂体的类型、组合关系、空间分布格局是海平面升降速度、沉积物供应量、水动力强度相互关系的记录和反映     

基于河段单元尺度长江中游河床形态调整过程及差异性研究

三峡水库对坝下游河道调整的影响已初步显现,利用1987~2014年长江中游原型观测资料,以河段作为研究单元,探讨了三峡水库蓄水后坝下游河床形态调整时空差异性及成因,研究表明:(1)坝下游河床整体为冲刷趋势,且主冲刷带下移约80km,175m蓄水以来宜昌—枝城及下荆江河段冲刷强度减弱,上荆江、城陵矶—湖口河段增强;(2)宜昌—城陵矶河段冲刷集中在枯水河槽,且集中程度增加,低滩和高滩冲刷所占比例减小;(3)城陵矶—汉口河段由试验性蓄水前的"冲槽淤滩"转为试验性蓄水后的"滩槽均冲",汉口—湖口河段蓄水前为"冲槽淤滩",蓄水初期深槽和低滩冲刷,高滩淤积,试验性蓄水期后为深槽冲刷,高、低滩均略有淤积;(4)试验性蓄水后坝下游中枯水历时增长,冲刷集中在枯水河槽,滩地因高水历时减少和航道整治工程等作用,冲刷速率减小或略有淤积;(5)砂卵石河段断面调整以深蚀为主,砂卵石—沙质过渡段深蚀过程中伴随横向展宽,沙质河段整体为深蚀趋势,伴随边心滩冲淤调整,其展宽、束窄均有发生.     

泥石流拦砂坝排泄孔优化及其数值模拟研究

为改善拦砂坝排水孔堵塞问题,提出了以调节泥石流流量为主的排水孔优化策略;并通过数值模拟初步研究了横、纵断面形态对优化后的排水孔(排泄孔)排泄能力的影响,以及排泄孔对不同性质的泥石流的排泄效果。通过对横断面形态、纵断面形态及浆体容重三因子的正交组合,进行了80组模拟试验,以平均排泄流量珚Q和坝前泥深下降速率为主要评价指标,结果表明具有合理宽深比的矩形横断面相对最优。对容重较小的流体,窄深型的矩形断面排泄能力最好;而对高容重流体,则正方形断面相对更好。在可流动范围内,排泄效果随着排泄孔纵比降的增大而增大;而增大沿程排泄孔横断面截面积(变截面一坡到底喇叭型)可提高相同纵比降排泄孔的排泄能力。同时,随着流体容重的增加,排泄孔的排泄能力逐渐降低。     

堰塞坝漫顶溃决试验分析与模型模拟

为了解不同因素对于堰塞坝漫顶溃坝过程的影响,该文针对入流流量、坝体坡度、坝顶长度和坝顶高度4个主要影响参数进行了9组对比试验,研究了4个参数对溃坝冲刷过程、洪峰流量和峰现时间的影响。结果表明:入流流量和坝顶高度对泄流过程影响较大且与洪峰流量成正相关关系,但坝顶高度的增加会导致峰现时间的延后;减小坝坡度和增加坝顶宽度都能减小冲刷速率从而起到加固坝体的作用,同时可以降低洪峰流量并延长峰现时间。基于对试验结果的分析建立了漫顶溃坝洪水预测模型,并对9组试验进行了模拟计算,对比结果表明本模型具有较好的精度。     

切口拦砂坝的单向流固耦合数值模拟研究

运用流固耦合理论对黏性泥石流冲击切口拦砂坝坝体进行模拟。实现了从三维模型建立、流场计算到结构分析全过程。将泥石流流体计算结果传递至结构域实现坝体的分析,为解决泥石流防治工程提供理论参考。结果表明:整个泥石流流域内部流速呈现底部小顶部大的趋势,拦砂坝坝体的左右肩的变形和应力均为最大,比较坝体Mises应力云图可知,在泥石流冲击作用下的坝体与沟道接合处以上部分的应力最大。     

工作压力对污泥淤砂分离器分离效能的影响

工作压力P直接影响污泥淤砂分离器的分离效果,是污泥淤砂分离器最重要的控制参数。试验结果表明：随着工作压力的增加,分离器处理能力呈显著地线性增长（R2=0.9889）,分流比呈显著地指数型衰减的趋势（R2=0.9931）;分离效率、富集率呈先增加后稳定的趋势,运用Boltzmann函数模型进行拟合,其R2分别为0.9757和0.9878。工作压力控制为0.15~0.2MPa时,可以获得较高的分离效能。用锥角为20°、溢流口直径Ф22mm、底流口直径Ф13mm的污泥淤砂分离器、在工作压力为0.175MPa的情况下,污泥淤砂分离器的分离效率为48%,其分流比g为0.17。如果将底流污泥作为外排污泥,则可以增加淤砂的排放,有助于缓解污水厂的淤砂问题。     

浙江南部淤泥质海岸河口拦门沙航道泥沙回淤规律——以鳌江河口为例

以鳌江口为例,通过试挖槽实测资料分析及波流共同作用下的二维泥沙数学模型研究了浙江南部淤泥质强潮河口拦门沙的成因及航道开挖后泥沙回淤规律.研究表明,因河口迅速展宽,水流扩散,输沙能力不断减弱,河口区的最大浑浊带为拦门沙的形成提供了丰富的泥沙来源,泥沙在口门附近堆积,形成拦门沙浅段.拦门沙开挖后泥沙回淤规律为:航槽回淤主要发生在风浪天,台风期发生骤淤,无风天航槽泥沙淤积较少.回淤的泥沙主要是滩面泥沙在风浪作用下的局部搬运.风浪过后,挖槽内发生"冲刷"现象,主要是由于浮泥密实造成的.通过与天津港等淤泥质海岸台风期骤淤的对比分析,认为较强的动力条件和丰富的泥沙来源是鳌江口骤淤的主要原因,在动力较强的淤泥质海岸骤淤强度较大.此外,还探讨了该类河口拦门沙的治理思路.     

堤(坝)基层状粗粒土发生渗透变形的颗粒运移规律

堤(坝)基常出现强弱互层的土层结构,具有代表性的主要由强透水砂砾石层、弱透水细砂层和强透水砂砾石层组成,渗透时各土层微观的颗粒运移规律对于揭示堤(坝)基渗透变形和破坏机理至关重要。采用三维颗粒流程序并结合"反演模拟法",准确对颗粒细观参数进行了标定,有效的模拟了该多层堤(坝)基渗透变形的发展过程,获得了堤(坝)基渗透变形过程中的颗粒运移特点及颗粒流失情况。结果表明:渗透破坏主要发生在上部砂砾石层中,随着渗透破坏的持续发生,逐渐影响下部土层,该层中细颗粒在粗颗粒孔隙间移动而后逐渐流失,属于典型的管涌破坏。中间细砂层在上部砂砾石层管涌破坏后,其颗粒最先在管涌口正下方Z4区发生流失,其余区域颗粒流失相对较晚,且颗粒流失量均随着计算时间步的增加而增加,导致细砂层出现小范围的变形。随着计算时间的增加,上部砂砾石层的下沉量是逐渐增加的,当上部砂砾石层细颗粒流失达到一定程度,堤(坝)基发生破坏,将对上部建筑物产生重大危害。为从微观角度认识多层堤(坝)基流渗透破坏提供了一定参考。     

分流砂坝型浅水三角洲储层构型研究

为了揭示分流砂坝型浅水三角洲储层分布特征及其内部结构，综合应用现代沉积、岩芯、测井和动态资料，根据构型层次分析理论，对渤海海域A油田NmⅡ-1小层进行了精细构型研究，建立了分流砂坝型浅水三角洲构型分级系统，阐明了其内部单砂体的空间配置关系。研究表明，分流砂坝为该类浅水三角洲的主要构型单元，其中，五级构型单元为同期分流砂坝复合体，四级构型单元为单一分流砂坝，三级构型单元为分流砂坝内部增生体。研究区主要发育泥岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩3种单一期次砂体构型界面；单一成因分流砂坝长约600~1 300 m，宽约400~800 m，厚度约2.5~7.0 m；垂向上呈部分叠置、主体叠置和主体叠加3种接触样式，平面上呈孤立分布、边部侧向拼接和主体侧向拼接3种组合样式，总体呈"早期前积伴随侧向迁移-晚期逐渐超覆加积"式演化。分流砂坝内部发育3种不同成因类型的泥质夹层，其中，顺源为前积倾斜式夹层，垂直物源为侧迭式和垂积水平式夹层，侧迭式夹层发育于近端物源区，垂积水平式夹层发育于远端湖盆区；研究区夹层厚度一般在0.4~1.2 m，延伸多小于300 m。     

泥石流最大淤积厚度影响因素

淤埋是泥石流对工程设施主要的危害方式之一,为研究泥石流体容重、堆积坡度、黏粒矿物含量等因素对泥石流淤积厚度的影响,通过水槽堆积试验的方法研究了不同泥石流体容重、不同固体物质中黏土矿物含量、不同沟道坡度对淤积厚度的影响。结果表明:(1)同一容重下,随着堆积坡度的增大,淤积厚度呈现减小趋势,且在小坡度范围内,流体容重越大,淤积厚度越大,但当坡度超过一定值后,淤积厚度与容重关系在相同坡度条件下区分不明显;(2)同一坡度下,随着泥石流体容重的增大,淤积厚度呈现增大趋势,且容重越大,淤积厚度增加速率愈大;(3)同等条件下,随着泥石流体中黏粒含量的增大,淤积厚度呈现增大趋势,但在较低(20%)黏粒含量情况下,淤积厚度随黏粒含量增大速率较小,当黏粒含量增大到一定值后(20%)淤积厚度随黏粒含量的增大速率增大;(4)通过文献资料数据验证和误差原因分析,本成果具有一定的准确性和可用性。     

湖泊三角洲前缘砂体成因组合形式和分布规律--以鄂尔多斯盆地姬塬白豹地区三叠系延长组为例

以鄂尔多斯盆地姬塬白豹地区三叠系延长组为例,系统讨论了湖泊三角洲前缘砂体的成因类型及组合形式.从成因类型上看,三角洲前缘砂体包括:(1)水下分流河道砂体;(2)河口坝砂体;(3)远砂坝砂体;(4)席状砂砂体.从组合类型上看主要包括:(1)叠置的水下分流河道砂体;(2)叠置的河口坝砂体;(3)水下分流河道-河口坝组合砂体;(4)席状砂-远砂坝-河口坝组合砂体等.在此基础上,详细论述了三角洲前缘砂体组合形式的时空分布规律.