成都山地所研究生来站开展沟道堆积体破坏引发泥石流的起动机制与演进规律研究

我国山地面积辽阔,国土面积的三分之二均为山地。在这些区域中,地震、降雨及部分人类工程等诱发因素会引发大量的崩塌、滑坡等次生地质灾害,同时产生大量的松散物质堆积在沟道中,甚至完全堵塞沟道,形成堰塞坝。这些沟道堆积体具有弱黏结性、强渗透性等特点,后期在强降雨作用下,掀动揭底形成泥石流,规模不断放大,对下游建筑或沟岸植被的破坏性极强。汶川地震后舟曲罗家峪沟和清平乡文家沟堆积的大量松散固体物质,后续被上游堰塞坝溃决后形成的溃决洪水剧烈冲蚀,进而引发更大规模的泥石流。对该类泥石流进行系统地研究并揭示其起动机理和破坏规律,能够为我国西南地区泥石流防治工程提供一定的理论参考,具有重要的现实意义。

在国家自然科学基金项目U21A2008U20A20112的支持下,202457日至816日,成都山地所硕士研究生周易辰来站开展多因素耦合作用下沟道堆积体破坏引发泥石流的相关实验研究。实验考虑堆积体细颗粒含量(10% -30%)、堆积体宽度(15cm- 30cm)、水槽坡度(8°-- 12°)、来流流量(2L/s -4L/s)共四个变量。根据土力学粒径划分以及东川站实际实验条件,实验以2mm为分界,0 -2mm为细颗粒含量,2mm-2cm为粗颗粒含量,实验用土均取自蒋家沟堆积区和侵蚀区原状土。共开展68组工况,预计建立泥石流起动临界坡度模型、流量放大模型以及考虑起动演进全过程的侵蚀模型。

沟道堆积体破坏引发泥石流的过程是一个侧蚀与底蚀发生耦合作用的复杂过程,其颗粒启动和破坏具有很强的随机性,形成的泥石流性质会有所不同,进而决定了后续对沟床的侵蚀特征会存在差异。实验结果表明,不同因素条件下堆积体的孔隙水压力、底脚破坏剪切力与破坏过程存在一定的关系,形成泥石流的密度变化趋势与堆积体下游流量变化趋势较为一致;泥石流对沟床的侵蚀会使其流量放大,但放大系数普遍小于溃决泥石流的放大系数;泥石流的起动过程与演进过程存在一定的关系,将二者结合研究有助于更好地揭示该类泥石流的相关机理。



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