泥石流堰塞坝在世界范围内频发,而我国地形条件复杂,山地和高原地形占了全国面积一半以上,一旦发生地震,将暴发大量滑坡崩塌事件,为泥石流发育提供了丰富的松散物源,并且在每年雨季降水和冰川融雪触发下,极易发生泥石流灾害从而形成堰塞坝。我国的大型堰塞坝占全世界总量的59%,其中由泥石流灾害引起的占11%。如2023年6月26日,四川省阿坝州汶川县板子沟发生灾害性泥石流,沟口冲出总量超过了8.3×105m3,堵塞岷江并形成了面积约0.4 km2的堰塞湖,造成上游淹没灾害,同时泥石流堵江形成的上下游堆积体不仅会改变河床比降,而且坝体的堵江高度间接决定了溃决洪峰流量大小及下游居民的受灾程度。因此开展泥石流堰塞坝的形成动态过程及坝体形态特征的实验研究,合理迅速地制定防险救灾措施,将有效地避免泥石流堵江灾害造成的经济损失与人员伤亡。
2023年5月28日至8月29日,成都山地所硕士研究生俞昀晗来站开展粘性泥石流入汇动态过程及堆积特征水槽实验。通过研究多因素耦合作用下的高容重泥石流堵江过程的堆积体堆积高度、堆积长度以及堆积坡度的动态变化规律,以量化各因素条件对泥石流坝形成的影响,建立堆积体形态、堆积总量和堆积时间的预测模型,并结合数值模拟对泥石流入汇-堆积特征做出实例验证。实验考虑泥石流黏粒含量(0%~80%)、容重(1.9g/cm3~2.2g/cm3)、总量(0.028cm3~0.14cm3)、支槽坡度(6°-12°)、主支流量比、流速比共6个变量。由于无法精确筛分粒径小于0.005mm的土样,因此通过改变样品中2mm大小的土体含量从而改变黏粒含量,本实验通过控制变量法对单一因素进行对比,共进行56组试验,
泥石流堵江过程实质是牛顿流体(水流)与非牛顿流体(泥石流)相互交汇-堆积-输移的复杂过程,其交界处是一个不断变化的非恒定流场,随着粘性泥石流到达传感器埋设点位并逐步堆积,基底压力值首先会有一个突增进而稳步上升,直至支槽处泥石流停止流动,基底压力值恢复平稳状态。试验结果表明,不同的影响因素对泥石流堆积体几何特征的影响不同,因此需要综合考虑各因素对坝体的耦合作用,从而建立相关预测模型。