关键词:
泥石流
野外调查
模型实验
卡口
堵溃效应
摘要:
堵溃效应在泥石流运动过程中是一种常见的现象。当泥石流流量不足以克服其阻力运动时,只有通过流量的积累以克服阻力,便产生了泥石流堵溃效应。主支沟交汇,沟道地形突变以及沟道内的崩滑堆积体均可使泥石流在局部产生堵溃效应,其宏观表现形式为沟道短暂断流与阵流现象。天然泥石流沟道为一系列弯道与顺直段,宽窄相同的地貌组合,尤其在构造活动强烈,岩性软硬相间的地质条件下,更有利于卡口这种微地貌的形成。宽窄组合的卡口地形特征,更易引发泥石流的局部堵塞与溃决现象,从而产生泥石流流量放大效应,泥石流造成的危害也更加严重。泥石流堵塞系数是表征泥石流堵溃效应的特征参数,也是泥石流防治工程勘察设计规范中配方法计算泥石流流量的关键参数。现行规范中往往以卡口的多少作为泥石流堵塞程度的判定依据,具有明显的经验性,未考虑泥石流体性质、泥石流的运动特征以及卡口微地貌形态对卡口堵溃效应和堵塞系数的影响,导致泥石流流量计算存在较大的不确定性,从而影响泥石流防治工程的效果与运行安全。本文尝试通过模型试验的方法,探索在不同卡口地形和泥石流特征条件下,泥石流发生堵溃的临界条件,分析卡口段泥石流流量的放大效应,对于完善泥石流防灾减灾技术规程,提高对泥石流运动堆积过程的认知,具有重要的理论意义和应用前景。研究的主要内容和成果如下:(1)通过野外调查研究,探讨桦头尖沟泥石流孕育的地质环境条件与形成机制,分析了不同区段泥石流的冲淤特征,并演算泥石流的基本特征参数,为泥石流卡口段堵溃效应的影响因素与成因机制研究提供实证依据。(2)通过对桦头尖沟内典型卡口的野外调查研究发现:卡口的成因类型与地质构造、地层岩性以及崩滑体密切相关;卡口的形态类型主要受到流域地质条件的限制,而且在泥石流形成和演化的不同区域,表现差异明显,总体表现为从上而下卡口的断面指数减小,束窄与展宽程度增大的趋势;纵谷构造段多出现V形和梯形卡口,U形卡口则出现于横谷段;堆积型卡口是纵向谷地内V型卡口形成的重要类型,常在后续水流或泥石流的影响下向梯形卡口演化。(3)以桦头尖沟泥石流为原型,分析卡口微地貌泥石流堵溃作用形成的主要影响因素,确定合理的试验相似比尺,提出了试验模型、模型砂的配制及卡口概化模型的制作方法,并提出标准试验流程与参数测量方法。(4)当卡口附近无附加松散物源参混时,均出现了流量衰减的现象,流量比Q<1,泥石流峰值流量衰减;而堆积型卡口,由于有附加堆积物的参混,泥石流体积比浓度与一次泥石流总量的增大,三次试验中,有两次出现了流量的放大作用,即流量比Q>1。(5)泥石流流经卡口段时,若沟道内无松散物源的补给,则会产生流量衰减过流,泥石流峰值流量出现时刻延后,洪峰过程线展平,卡口段泥石流流量比Q可表示为:(?)(6)泥石流流经卡口段时,表现出明显的上淤下冲的现象,并伴随着床面粗化与筛分作用。卡口段上游淤积规模、床面粗化与筛分的程度均与卡口的几何形态、泥石流质地和沟道纵坡密切相关。