【摘 要】
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泥石流产流与汇流过程是泥石流研究的重点内容之一,本文将泥石流的产流和汇流作为一个有机的整体,通过在松散堆积物上坍滑土体转化为泥石流的试验研究,通过野外的调查研究和蒋家
【机 构】
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中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所
【出 处】
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中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所
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泥石流产流与汇流过程是泥石流研究的重点内容之一,本文将泥石流的产流和汇流作为一个有机的整体,通过在松散堆积物上坍滑土体转化为泥石流的试验研究,通过野外的调查研究和蒋家沟泥石流观测数据的分析,获得泥石流产流和汇流过程的一些研究成果,分述如下:
(1)在泥石流产流条件方面,直接影响泥石流产流过程的因素有土源、水源和坡降,其中土源和水源提供泥石流物质基础,坡降提供能量。人们常用的地形、地质、地貌、水文、气象、植被、土壤和人类活动对泥石流产流的影响是通过土源、水源和坡降进行的。
(2)在泥石流的产流过程方面,以坍滑土体转化为泥石流的试验为基础可以分析出泥石流产流过程的四个典型步骤,分别为渗透过程、土体破坏过程、土体液化过程,液化土体的启动过程。1)渗透方面,泥石流的渗透过程通过现场坡地试验,发现可用Horton提出的模型拟合,在确定系统参数后,可以获得具体的方程,针对试验区的松散砾石土体可用方程Fp=0.48+0.94e-0.43t。渗透过程产生超渗产流和超蓄产流,同时结合渗透促进土体收缩,促进土体重度的增加,促进土体孔压的变化。2)土体的破坏坍滑方面,通过试验发现,传统的土力学难以圆满分析计算坍滑土体破坏的过程和机理,土体的破坏是其粘滞力和内摩擦力下降到很小或为0时发生,孔压的升高支持土体的重力使土体内摩擦力下降的原因,坍滑面非粘土颗粒的接触和粘土颗粒的侵蚀是粘滞力降低的重要根源。对于自然土体,土体破坏点多分布于土体的中上部区域,对于一个土坡,土体的破坏在时间上是不连续的阵性。3)土体液化方面,土体的液化可以在破坏土体的荷载作用下发生,地震作用可以导致土体的粘滞力和内摩擦力接近为O,促进土体液化和启动,土体液化产生了产流的物质基础。4)液化产流方面,液化土体的启动可以采用流体力学的基本模式分析,由于启动临界厚度的存在,加上土体破坏的非连续性(阵性),泥石流的产流以阵性方式发生,并成为阵流汇流的基础。
(3)在汇流过程方面,研究可知坡面汇流和坡面的冲沟切沟汇流是一个侵蚀流量递增然后递减的一个过程;沟道汇流的流量过程可用多项式拟合,泥石流阵流间隔时间是以一个均值为轴的随机分布;阵流尾部的连续流是泥石流运动力学模式决定的必然现象,连续流量过程时间与总流量过程的时间有关。峰值流量合泥石流的汇流时间是决定整个流量过程规律的核心参数,即可以通过峰值流量和时间的确定模算一次总流量。由云南蒋家沟的泥石流观测数据,可以拟合出其系数值如下:
(4)在汇流过程的运动参数计算方面,创新了一些方法:
1)泥石流的容重计算,可以采用粘土颗粒与泥石流容重关系的统计分析,通过分析计算可以确认泥石流容重在汇流过程中的演化,以米堆沟冰湖溃决泥石流为例进行的分析反映了容重的演化。具体容重计算模式如下:
2)泥石流流速流量综合计算,泥石流流速流量的计算用一个综合的模式,可以提高精度。用弯道超高反算糙率,进而在直道计算流速确定流量是可行的。
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