堰塞坝溃决模式及其溃坝演化特征的试验研究

论文摘要

我国矿产资源丰富,地质构造复杂,特别是在经过多年矿产资源开采的地区自然环境脆弱,在人类活动与自然改造的作用下往往会在天然沟道形成大量的松散堆积体,对沟道造成部分或完全堵塞,在上游长期径流的作用下,少量堵塞体随之被带走,大部分在沟道堆积逐渐形成天然堰塞坝。上游来流不断在坝体上游汇集,形成一个类似于小型水库的堰塞湖,随着库水位不断上升和对坝体的渗透冲刷作用,坝体极易发生溃坝,继而形成溃决型泥石流。溃决型泥石流来势迅猛,可在短时间内致灾,且冲击力强,是一种极具破坏能力的泥石流,为了进一步认识堰塞坝的溃决模式和溃坝特征,本文开展了模型试验,对溃坝泥石流的预警预报和防治具有重要意义。影响堰塞坝溃决的因素很多,本文基于前人已开展过的研究,以小秦岭金矿区两条主沟道内的堰塞坝为背景,实地调查和特征分析并取样,结合室内模型试验,并在理论分析的基础上,研究了坝体材料的颗粒配比对堰塞坝溃决模式的影响极其溃决泥石流的演化特征,取得了如下成果:（1）小秦岭金矿区采矿活动强烈,对地表结构造成了较大的改变,矿区海拔高、地势陡峻、植被覆盖率低,夏秋两季降雨充沛,沟道及岸坡存在大量的采矿弃渣,历史上出现过多次重大的泥石流灾害,沟道内多处存在堵塞、半堵塞的天然堰塞坝,为溃坝泥石流的孕育提供了条件。（2）通过六种工况下的溃坝试验发现,堰塞坝溃决存在两种模式:漫顶溃坝和“似滑坡”式溃坝,漫顶溃坝又有两种表现形式,一种是溢流侵蚀型,另一种是“溢流侵蚀+管涌”型。（3）溢流侵蚀溃坝是最常见的堰塞坝溃决形式,其发育机理是溃口的形成、加深及扩展的过程:过坝水流的牵引力形成溃口;过坝水流冲刷使溃口纵向加深;溃口岸坡失稳使溃口横向扩展。（4）溃坝泥石流的重度、流速均存在三个变化阶段,堰塞坝的溃决模式对溃坝泥石流流量的影响十分显著,而堰塞坝溃决模式与坝体中细颗粒的含量具有密切的联系。（5）堰塞坝在溃决过程中,坝体内部含水率、孔隙水压力及土压力都在不断变化,在不同的溃坝模式下,其变化也存在明显的差异。“溢流侵蚀+管涌”型溃坝规模最大,破坏性也最强。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 溃坝型泥石流研究方法现状
•     1.2.2 堰塞坝溃决模式的研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
• 2 研究区概况及堰塞坝特征分析
•   2.1 研究区概况
•   2.2 沟道内堰塞坝特征
•     2.2.1 宏观特征
•     2.2.2 坝体颗粒特征
•   2.3 堰塞坝失稳破坏特征
•   2.4 本章小结
• 3 溃坝泥石流模型试验
•   3.1 试验目的及意义
•   3.2 试验模型设计
•     3.2.1 试验设备
•     3.2.2 试验安排
•     3.2.3 试验资料的获取手段
•     3.2.4 试验步骤
•   3.3 试验现象观测
•     3.3.1 第一组试验溃坝过程及数据采集
•     3.3.2 第二组试验溃决过程及数据采集
•     3.3.3 第三组试验溃决过程及数据采集
•     3.3.4 第四组试验溃决过程及数据采集
•     3.3.5 第五组试验溃决过程及数据采集
•     3.3.6 第六组试验溃决过程及数据采集
•   3.4 本章小结
• 4 堰塞坝溃决模式及溃坝泥石流特征研究
•   4.1 堰塞坝溃决模式研究
•   4.2 溢流侵蚀溃坝的发生机理
•     4.2.1 水流的牵引应力形成溃口
•     4.2.2 水流冲刷引起溃口纵向加深
•     4.2.3 溃口两侧边坡失稳使溃口横向扩展
•   4.3 细颗粒对坝体溃决的影响分析
•   4.4 堰塞坝溃决过程中坝内物理特征参数变化
•     4.4.1 同一工况下坝内不同位置
•     4.4.2 坝内同一位置、不同溃坝模式
•   4.5 溃坝泥石流特征分析
•     4.5.1 溃坝泥石流重度分析
•     4.5.2 溃坝泥石流推进速度分析
•     4.5.3 溃坝泥石流溃决流量分析
•   4.6 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•     5.1.1 研究成果
•     5.1.2 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘鹏

导师: 王念秦

关键词: 堰塞坝,溃决型泥石流,模型试验,溢流侵蚀,演化特征

来源: 西安科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 西安科技大学

分类号: P642.23

总页数: 81

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