新疆莎车县塔什纳村泥石流启动机制及泛滥区研究

论文摘要

泥石流是自然界一种常见的地质灾害,目前对泥石流的研究也非常多,泥石流外界激发因素多为降雨,但对于新疆这种地广人稀、山区面积较多的地方,很少有降雨监测设备安装,目前能收集到的降雨数据资料很少,多数情况下无法获取泥石流发生时的准确数据。鉴于此,本文以新疆自治区莎车县塔什纳村1号沟2016年7月9日爆发的泥石流为研究对象,在现场调查的基础上,对泥石流启动机制及泛滥区开展研究,得出以下结论:（1）通过现场调查和资料搜集,查清塔什纳村泥石流流域面积1.1km2,沟道长2.9km,沟道平均纵比降163‰,海拔约为16902162m,无常年积雪。按照诱发因素分类属于暴雨型泥石流,按集水区地貌特征分类属沟谷型泥石流,按泥石流暴发规模分类表等级划分结果为小型泥石流。（2）塔什纳村泥石流沟三面环山,向南开口,岸坡坡度较陡,利于雨水汇集,为泥石流的发生提供了有利的地形条件,流域内山体表层植被稀疏,生态环境脆弱,加之沟道两侧为弱胶结砾岩,南疆地区昼夜温差大,物理风化能力强,沟道内分布有较多的崩坡积物,为泥石流发育提供了丰富的物源条件。现场探槽结果显示沟道松散堆积体厚度最大达6.5m,松散堆积体总体积约26.02×104m3。流域内降雨多集中在59月,占全年降水量的65%以上,暴雨集中,易形成陡涨陡落、峰高量少的暴雨洪水,成为泥石流的有利激发因素。（3）通过现场调查泥石流沟的流域情况,将泥石流主沟沟道划分三个区:清水区、形成-流通区和堆积区,查清流域岸坡结构类型为逆向坡,并通过岩石强度试验得出岸坡出露砾岩的抗压强度高、抗剪强度较低的特证。（4）塔什纳村泥石流流体容重为1494kg/m3,固体堆积体重度为2369 kg/m3,颗粒分析实验结果显示主要为砾类土,部分为砂类土,堆积体黏粒含量较少,平均黏粒含量约2.25%,颗分试样中有5个属于级配不良,级配不良的土在泥石流流动过程中分散性较大,流态一般呈紊流或半紊流,石块的搬运呈滚动、跃移方式,对河床的下切作用较明显,现场调查显示泥石流下切深度约为0.50.8m。塔什纳村泥石流堆积体天然含水率约4%,饱和含水率约20.3%,天然状况下随着含水率的增加,其抗剪强度先大幅下降,在10%左右的含水率时下降幅度开始趋缓。（5）据邻近的卡群水文站观测数据,采用适线法,初步推测2016年7月9日发生的塔什纳村泥石流频率约为五十年一遇,其最大24h降雨量达到66.5mm,平均流速4.14m/s,其中大石块流速2.19m/s,汇流时间约0.054h,汇流时间内的降雨量约3.1mm,洪峰流量15.46m3/s,一次泥石流总量约6295.8m3,固体物质总量约2271.82 m3,整体冲击压力3.38Pa,最大冲起高度0.85m。（6）由于2016年7月9日塔什纳村泥石流诱因为降雨,因此基于降雨将此次泥石流启动分为三个过程:降雨入渗过程、地表薄层径流过程和沟道堆积体启动过程,并以此建立起不同过程阶段沟道堆积体的力学模型,通过极限平衡原理得到本次泥石流堆积体启动的临界平均流速为0.71m/s,远小于计算平均流速4.14m/s。（7）通过流体模拟软件ANSYS CFX对此次塔什纳村五十年一遇泥石流进行数值模拟,得到其泛滥区最大范围和实际调查结果大致相符,吻合度达到80.6%,平均流速为4.6m/s,与计算得到的平均流速4.14m/s误差只有11.1%,效果较好,并得到了设计频率1%（百年一遇）的泥石流平均流速8.5m/s,汇流时间0.032 h,汇流时间内降雨量2.36mm,设计洪峰流量22.5m3/s,模拟得到平均流速为7.9m/s,与计算得到的结果误差7%,其最大流速可达10.9m/s,相比五十年一遇泥石流模拟结果,最大流速增大了13%。在沟口处泥石流泛滥区范围向右侧扩散了最大距离约10.77m,左侧扩散了3.8m,流动范围除了弯道处向两侧有所增加,沟道内的流动变化不大,流出沟道后向沟口右侧流动扩大的趋势明显,对沟口居民在泥石流爆发时的威胁范围可以起到一定的预测预警作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题依据及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 泥石流启动机制研究现状
•     1.2.2 泥石流危险泛滥区预测研究现状
•     1.2.3 泥石流数值模拟研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究思路与研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第2章 莎车县地质环境条件概述
•   2.1 气象水文条件
•     2.1.1 气象条件
•     2.1.2 水文条件
•   2.2 地形地貌
•   2.3 地层岩性
•   2.4 地质构造与地震
•     2.4.1 区域地质构造
•     2.4.2 新构造运动
•     2.4.3 地震及区域地壳稳定性
•   2.5 水文地质条件
•   2.6 植被分布特征
•     2.6.1 土地类型及分布
•     2.6.2 植被类型及分布
•   2.7 人类活动
• 第3章 塔什纳村泥石流发育特征研究
•   3.1 塔什纳泥石流流域特征
•     3.1.1 沟谷特征
•     3.1.2 岸坡特征
•   3.2 泥石流沟道堆积体静力学特征
•     3.2.1 泥石流容重
•     3.2.2 颗粒分析试验
•     3.2.3 不同含水率下土样抗剪强度测试
•   3.3 泥石流沟道堆积体动力学特征
•     3.3.1 降雨频率
•     3.3.2 泥石流流速
•     3.3.3 泥石流洪峰流量
•     3.3.4 一次泥石流过程的总量
•     3.3.5 泥石流整体冲击压力及最大冲起高度
•   3.4 本章小结
• 第4章 塔什纳村泥石流启动机制研究
•   4.1 塔什纳村泥石流启动条件
•     4.1.1 地质条件
•     4.1.2 物源条件
•     4.1.3 降雨条件
•   4.2 基于降雨的沟道泥石流启动过程研究
•     4.2.1 降雨侵蚀入渗地表过程
•     4.2.2 地表薄层径流过程
•     4.2.3 沟道泥石流堆积体启动过程
•   4.3 塔什纳村泥石流启动力学模型分析
•     4.3.1 自然条件时沟道堆积体力学模型
•     4.3.2 降雨入渗时沟道堆积体受力模型分析
•     4.3.3 沟道径流时堆积体受力模型分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 塔什纳村泥石流数值模拟研究
•   5.1 计算理论及软件简介
•   5.2 塔什纳村五十年一遇泥石流数值模拟
•     5.2.1 模型的建立和网格划分
•     5.2.2 泥石流流体材料的设定
•     5.2.3 域及边界条件的设定
•     5.2.4 求解过程控制
•     5.2.5 后处理及结果分析
•   5.3 塔什纳村百年一遇泥石流泛滥区预测
•     5.3.1 设计参数计算
•     5.3.2 模拟求解
•     5.3.3 后处理及结果分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨星

导师: 冯文凯

关键词: 新疆地区,泥石流,启动机制,泛滥区模拟

来源: 成都理工大学

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: 成都理工大学

分类号: P642.23

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000465

总页数: 87

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