基于FLO-2D的联合溪沟泥石流运动特征及防治对策

湖南省岳阳县联合溪沟无泥石流灾害历史,但于2011年、2012年连续两年暴发特大型泥石流。在实地调查中取得了该泥石流沟的地形、物源、水源等基础资料,并重点分析沟内堆积物颗粒粒径分布规律,总结了该泥石流的发育特征:在地形因素的主导下,沟道水动力条件不断变化,泥石流呈现出冲刷—淤积—运动—堆积的特点。利用FLO-2D模拟泥石流的活动范围及掩埋深度,并进行灾情验证,结果表明FLO-2D模拟计算结果与实际灾情基本一致。针对该泥石流沟的复杂性、独特性,提出以拦挡坝、桩林式格栅坝、清淤护岸工程相结合的泥石流工程治理措施。     

基于FLO-2D数值模拟的结底岗村公路泥石流危险性评价

工布江达县公路沿线泥石流频发,对公路交通安全和县内各区域经济发展造成严重影响。为研究高海拔地区暴雨型泥石流对公路的危害特征和潜在危险性,同时探索基于FLO-2D模型模拟泥石流的方法在高寒、高海拔、强地质构造地区的适用性,本文运用FLO-2D软件,以西藏自治区工布江达县典型公路泥石流——结底岗村泥石流为例,模拟泥石流泥深、流速等方面的冲淤特征,确定泥石流强度并划定危险性分区评价泥石流危险性。以公路沿线典型泥石流沟危险性的“点评价”为基础,通过分析公路泥石流危险分区以及与受威胁路段之间的拓扑关系,定量评估泥石流危险性,可以合理的预测公路泥石流的影响区域和危害程度,为工布江达县公路泥石流灾害分析、预警以及建设设计和公众疏散计划提供技术参考。     

基于FLO-2D数值模拟震区急陡型泥石流冲出量——以瓦窑沟为例

汶川地震后,震区的山体破碎严重,诱发泥石流、滑坡等地质灾害的临界阈值较低,其中诱发一类破坏性极大的急陡型泥石流。此类泥石流暴发历时较短、体积浓度和泥砂比重较大,产生较强"滚雪球效应"和"消防管效应"。工程措施对急陡型泥石流的FLO-2D数值模拟具有重要影响,因此以汶川震区瓦窑沟为例,采用FLO-2D模拟典型急陡型泥石流在非工程和工程措施下的冲出量,模拟精度达到86.4%。在工程措施下,泥石流分段淤积于拦挡坝后,大大减缓冲出量。模拟重现期为50年一遇时,工程治理下比非工程措施下的冲出量减少83.16%,冲出影响范围减少75.81%,平均堆积深度减少30.25%。研究结果可以为汶川震区急陡型泥石流的防灾减灾工程、早期预警等研究提供参考。     

基于三参Weibull分布的泥石流降雨动态预警模型

降雨是触发泥石流灾害的重要因素。现有的泥石流预警模型多为半定量的预警,通过划分不同的预警级别来预报灾情,没有做到任意时刻泥石流爆发的定量计算。通过分析文家沟5次大型泥石流灾害的降雨数据,引入泥石流爆发降雨驱动指标RTI并运用三参Weibull分布确定了绵竹市清平镇文家沟泥石流的降雨阈值,提出了计算任意雨量下的泥石流的瞬时发生概率。最后通过Weibull分布结果和泥石流堆积方量的计算值拟合出文家沟泥石流爆发概率和堆积方量的关系。该模型不仅实现了文家沟泥石流灾害的动态定量预警,同时也给出了任意概率下泥石流堆积方量的域值区间。最后以2012.8.13文家沟泥石流事件为例验证了该模型,说明三参Weibull分布可以用于泥石流分析并建立预警模型,可将此法推广到其他地质灾害的分析及预警中。     

震区急陡沟道型泥石流特征及动力过程研究——以汶川瓦窑沟为例

汶川地震以来,汶川震区暴发了大量各种类型的泥石流,其中存在一种急陡沟道型泥石流.文章首先分析了急陡沟道型泥石流具有流域面积小、纵坡陡、物源储量丰富、侵蚀强烈及冲出规模大等特点;再以汶川县瓦窑沟为典型代表,采用FLO-2D软件模拟再现50年一遇暴雨频率下瓦窑沟泥石流的动力过程,研究其动力特性及启动、侵蚀、堆积演化过程.模拟结果显示,瓦窑沟急陡沟道型泥石流下游普遍淤高3~5 m,最大流速达9.34 m/s,与调查结果较为符合,表现出冲於幅度大、水动力强的特点.因此,应该开展对震区急陡沟道型泥石流风险评估、监测、早期预警等研究,同时应对治理工程方案需进行有效的组合.     

不同降雨频率单沟泥石流灾害风险评价

通过对危险度与易损度进行耦合分析,结合GIS技术,得出单沟泥石流不同降雨频率下灾害风险度,最终获得了段河坝泥石流沟不同降雨频率下风险分区.结果表明:段河坝泥石流沟总体属于中偏高风险等级,50年一遇最大泥石流冲出量为36.5×104m3,极高风险区面积为0.01 km2;100年一遇最大泥石流冲出量为196×104m3,极高风险区面积达到0.13 km2.     

不同工程情景和降雨频率工况下白龙江流域泥石流危险性评价

为深入认识不同工况下泥石流灾害的堆积特征及潜在危害,采用FLO-2D模型对白龙江流域泥湾沟在有无治理情景不同降雨频率条件下泥石流堆积特征及危险区进行模型分析。结果显示在有工程治理情景下,泥湾沟危险区面积相对无工程时减少29.71%～52.06%;无工程治理情景下1%、2%、5%等3种降雨重现期工况的冲出固体物质量是有工程治理同等条件下的1.55～2.99倍。结合构建的泥石流一次最大冲出量模型对模拟结果进行误差分析,结果显示在有无工程治理情景下泥石流最大堆积厚度及冲出固体物质总量相对误差分别在0.74%～28.48%、2.03%～14.97%范围内,模拟效果较好,可为今后白龙江流域降雨型泥石流工程防治提供技术参考。     

中兆沟泥石流特征及危害性分析

中兆沟为一泥石流频发地区,曾于1989年和2008年雨季发生较大规模的泥石流,其中1989年泥石流灾情较为严重.本研究在现场踏勘的基础之上,在分析中兆沟泥石流流域分区特征的基础上分别从地形、水源、物源3方面着手,计算泥石流的流体重度、流量、流速、整体冲压力.计算结果显示,中兆沟泥石流为易发性暴雨沟谷泥石流,存在较大危害性.     

Bingham型黏性泥石流流体的三维数值模拟

使用CFD软件对泥石流中固体物质以土为主的Bingham型黏性泥石流流体进行了三维数值模拟.首先通过CAD软件AutoCAD和Unigraphics,建立了泥石流沟谷三维地形模型,然后分析了泥石流流体的流变特性,并建立了Bingham计算模型,最后运用CFD软件CFX,对泥石流流体的速度场及压力场的大小与分布进行了三维数值模拟分析,得出了流场的相关力学指标和泥石流速度场及压力场的大小与分布,并实现了泥石流模拟结果的显示.计算结果表明,泥石流流体数值模拟可以在CFD软件环境下完成,计算得出的泥石流流场各种数据有助于更合理地避让和防治泥石流.     

泥石流启动过程试验与数值模拟研究

利用自制模型槽结构,结合PFC2D数值模拟软件,对坡度为25°固定单宽流量下泥石流的启动过程进行了试验和数值模拟,结果表明:坡趾处土体最先发生溯源侵蚀,泥石流的启动过程存在短暂的相对平静期和雍高现象,破坏形式是自上而下发生坍塌式破坏,利用PFC2D数值模拟能很好地模拟泥石流的启动、运动及堆积过程,研究结果可为以后数值模拟与工程实践提供指导。     

基于灾害熵与层次分析法的泥石流危险性评价对比分析： 以甘肃省迭部县为例

甘肃省迭部县位于白龙江流域上游区段,在构造抬升及极端气候的影响下,泥石流灾害广泛发育。通过遥感解译与实地调查,遴选出流域面积、主沟长度、流域相对高差、主沟纵比降、平均坡度、流域形状系数、岩性因子、距断层距离、1小时最大降雨量、物源参照值共10个主要孕灾因子。结合地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,计算区内泥石流在各个孕灾因子的敏感性区间。进一步分别基于灾害熵模型与层次分析法模型对迭部县161条泥石流沟开展危险性评价,并将评价结果与区内历史泥石流灾害数据对比验证。分析结果表明：迭部县泥石流主要分布在流域面积为3~10 km2,主沟长度小于3.5 km,流域相对高差在1~1.5 km范围内,主沟纵比降大于200‰,平均坡度25°~35°,流域形状系数在1.2~1.4间,物源参照值介于0.35~0.6,距断层5 km以内,1小时最大降雨量为25~35 mm的沟谷内,沟内岩性以较软岩、松散堆积层及冲洪积层为主。危险性评级为中、高的泥石流沟作为区内最容易发生泥石流的区域,历史泥石流沟分别有74.07%和62.96%处于灾害熵模型与层次分析法模型评价结果的中、高危险性区域,说明灾害熵模型能更为准确的评估研究区泥石流危险性。     

长白山天池火山泥石流数值模拟

通过对火山泥石流的模拟,预测火山泥石流的特性,为制定火山泥石流灾害防治方案提供参考资料,使减轻火山泥石流灾害从被动救灾转变为主动防灾.模型建立时选取天池附近区域为研究区,将研究区划分为形成区、流通区和堆积区3个区段,对流通区和堆积区划分为足够小的计算网格,计算步长设定为0.001 min.通过Delft 3D软件,对假设的中等和较小规模喷发所引发的火山泥石流的平均速度和峰值速度进行了模拟计算,得到了不同距离处速度的变化规律.计算了中等喷发规模下火山泥石流不同时间内的影响范围以及火山泥石流流通途径中不同时间段各剖面上泥石流厚度等.虽然本次研究的假设和实际情况存在一定的差异,但对长白山地区火山泥石流的流速、堆积情况等在数量及程度方面上进行的分析计算结果对火山泥石流的防治具有参考价值.     

基于熵权和模糊评判的单沟泥石流危险性评价

基于对泥石流形成的多种因素分析,根据大、小型泥石流沟的实际特征,对大型泥石流沟选取了主沟长度、流域面积等9个评价指标,对小型泥石流沟选取了沟床平均宽度、主沟纵坡降等8个评价指标,利用熵权分析法和模糊综合评判法对单沟泥石流进行危险性评价.结果显示:小型泥石流沟对应于轻度、中度、高度、极高度危险等级,模糊评判结果所占比例分别为40.0%,26.7%,26.7%,6.7%,熵权评判结果所占比例分别为33.3%,46.7%,20%,0,两种评价结果一致率达到80%;大型泥石流沟两种评价结果一致率达到78%,因此两种评价结果的吻合程度较高.对于存在差异的泥石流沟进行野外实地查勘和历年灾情分析,表明基于模糊评判法对于单沟泥石流危险性评价的结果更为真实可靠,能够为泥石流灾害防治提供科学依据.     

九绵高速工棚沟泥石流发育特征及危险性分析

九绵高速沿线泥石流分布较广,以工棚沟为例,根据对沟域的野外调查,分析工棚沟的形成条件,认为工棚沟沟内物源量丰富、纵坡降大、丰沛的水源为泥石流的形成提供前提条件。通过研究工棚沟高位泥石流的发育特征,进而分析其演化历史及成灾类型。根据泥石流的动力学计算,对泥石流堆积范围进行预测。预测结果表明,该流域在遭受50年一遇泥石流时,将形成一定规模泥石流,泥石流对在建九绵高速及省道205的安全造成威胁。对工棚沟进行危险性分析,旨在为后续施工及治理提供参考。     

九寨沟九寨天堂泥石流沟特征分析与模拟预测

本文通过现场勘查、数值模拟、遥感影像解译查流域内地质灾害数目、物源特征和成因机理等。基于无人机测量数据选取Massflow软件中的Voellmy模型进行数值模拟,模拟泥石流10年一遇物源量、流速和堆积范围,根据模拟参数预测50年和100年一遇泥石流特征。模拟结果表明：10年一遇平均速度6.5 m/s,堆积范围0.103 km2,实际堆积面积0.096 km2。研究结论：流域下伏地层岩石破碎,容易形成松散堆积体,表层松散颗粒极易被雨水带入沟域内形成泥石流;河流改道致使沟谷对岸岸坡坡脚受泥石流侵蚀现象严重,岸坡整体稳定性下降可能性增大,局部有崩滑现象,严重威胁对岸301省道的通行安全。     

桩板墙泥石流拦阻结构模型试验研究

我国地域辽阔,每年均发生大量的泥石流灾害,给人民的生命财产安全带来巨大威胁。随着我国的经济不断发展,越来越多的泥石流隐患被治理;但是泥石流的形成原因复杂,不仅仅与地形相关,还与气候、地质和地下水等因素有着密切联系,这也就导致泥石流治理工程中拦挡结构的形式必须要根据现场实际情况来确定。常见的拦挡结构有重力式坝等,近年来桩板墙也被引入到泥石流的治理工程,桩板墙具有强度高、节省材料和拦挡效果好等优点。以舟曲某泥石流沟中桩板墙泥石流拦挡结构为背景,设置了桩板墙模型,放置在水槽中模拟泥石流冲击桩板墙的过程,通过布置在桩板墙迎水面的压力传感器来分析桩板墙的受力情况,并综合桩板墙的拦挡效果、排水效果和坝后淤积等情况进行研究。得到(1)目前已知的泥石流治理工程和模型试验中的桩板墙拦挡效果均比较明显,能够可以有效拦挡泥石流固体物质冲出物;(2)现有部分桩板墙工点及模型试验表明:桩板墙拦挡结构在泥石流的前期,可以通过泄水孔将水及时排出;但是当桩板墙后部淤积的固体物质达到一定厚度时,会导致排水通道被堵塞,影响排水;(3)桩板墙在泥石流治理工程中的受力模式不同于其在边(滑)坡工程中的受力,试验表明泥石流拦挡工程中桩板墙受到的冲击力由上向下逐渐增大,且桩板墙中部受力普遍比边缘要大。     

利用FEMLAB模拟微电磁石的磁场区域

利用FEMLAB软件模拟出在2D和3D的情况下微电磁石的电磁感应对磁场强度的影响.因为在3D界面下不能完全将实际模型重建,采用缩小实体的方法,将缩小后的模型在2D环境下模拟,可以显示出与大空间范围构造相似的仿真结果.3D仿真结果显示的大体结构及空间范围的情况与2D仿真结果大致相同,且3D仿真结果的误差在正常情况下至少为10%,因此3D与2D仿真环境下的磁体结构是可以比较的.     

基于敏感性制图和数值模拟的泥石流综合评价——以九绵高速公路沙尕沟为例

泥石流等地质灾害的评估对于公路选线和安全运营有着重要的意义。随着科技的发展,越来越准确的泥石流评价和预测体系亟待研究。通过现场勘测和无人机解译,利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)和基于学习优化算法的自适应神经模糊推理系统(TLOA-ANFIS)对泥石流沟进行敏感性评价,并对沙尕沟进行区域划分,结果显示沙尕沟沟口3.5 km范围内泥石流的敏感性评价等级最高。为了更加清楚的研究该范围泥石流的运移堆积情况,对沟内泥石流冲出范围进行数值模拟,结果表明:在降雨频率P=1%的条件下,沙尕沟泥石流流深可达8.76 m,对公路安全运营和基础设施建设有着重要影响,建议相关部门对其进行治理。同时,提供的敏感性制图评价与泥石流危害范围数值模拟结合的方法可以为国内外相似案例提供相关参考。     

ImageJ软件在泥石流固体颗粒分析中的应用

首次将ImageJ图像处理软件应用到泥石流固体颗粒的分析中,通过对固体颗粒边缘的识别,实现对沟道粗化层块石粒径的快速自动提取.以白龙江流域构林坪泥石流沟为例,使用该软件对构林坪沟沟道固体颗粒粒径和圆度进行计算,并对提取结果进行检验,结果表明ImageJ软件对固体颗粒粒径及圆度提取效果较好,可以为泥石流基础数据勘察提供新的技术与支持.     

基于RAMMS的冰湖溃决型泥石流演进模拟及危害性

冰湖溃决型泥石流作为目前西藏境内最主要的地质灾害之一,对下游工程的建设与运营造成潜在威胁。以西藏洛隆县冻错曲冰湖为例,基于现场调查、遥感解译、特征值计算和数值模拟方法,对冻错曲冰湖泥石流孕灾条件、动力学特征及溃决演进过程进行研究,分析其对下游工程建设的影响。采用无量纲堵塞指数(dimensionless blockage index, DBI)方法对冻错曲冰湖堰塞体稳定性进行评价,结果表明该堰塞体位于非稳定区与稳定区之间,存在发生溃决的风险。基于三维动态模拟软件RAMMS的Voellmy-Salm单相流模型,模拟分析了冻错曲冰湖泥石流在2种溃决模式下的演进过程。模拟结果显示：冻错曲冰湖泥石流溃决演进过程可归纳为初始溃决、加速运动、减速运动、沟口停淤4个阶段;2种溃决模式下冰湖溃决影响范围都经过拟建工程位置,潜在威胁区泥石流平均深度分别为4.87 m和8.26 m;在瞬时全部溃决场景下,冰湖溃决泥石流在拟建工程处最大流速为5.74 m/s,最大流量为2 843.38 m³/s。研究成果有助于评价冰湖溃决型泥石流的危害性,并为工程防治设计提供参考。