汶川震后孕灾环境下泥石流形成机理实验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 庄建琦 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-20 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 崔鹏 |
| 关键词 | 汶川地震 泥石流 形成机理 起动模型 汇流 |
| 其他题名 | Study the Mechanism of Debris Flow Based on Field Experiment Post Earthquake Envrionment |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 震后泥石流成为灾区最为严重的灾害类型之一，直接影响到灾后重建和灾区人民的生命财产安全。针对震后环境条件下泥石流形成特征，以震后松散物质异常丰富环境条件下泥石流形成机理为研究对象，选择室外大型试验，分析了泥石流形成机理，探讨了泥石流起动现象和模式，构建了泥石流起动模型；并利用REE（稀土元素）示踪技术结合流域人工降雨试验，对降雨作用下泥石流的形成和汇流过程进行了分析；结合分布式水文模型，进行了泥石流径流过程预测，服务泥石流预测和防治，主要取得了以下成果： 1、震后由于松散物质的迅速增加导致泥石流的活动特征和形成特征发生了一系列变化，在活动特征上：地震后由于物源急剧增加，泥石流的容重、频率和规模明显较震前增大，同时地震还导致了大量的非泥石流沟转化为泥石流沟；在形成特征上：地震后泥石流的成因呈现多样化，泥石流形成模式从物源控制型转化为降雨控制型，泥石流形成特征的突出表现是沟道堵塞严重，起动临界雨量较震前明显降低，指出震后泥石流研究应突出放在松散物质异常丰富条件下泥石流形成机理的研究。 2、地震后，针对松散土体的形成条件特殊，对震后准泥石流体进行了土力学试验。土壤入渗试验结果反映了泥石流沟道和泥石流松散堆积体初始和稳定入渗率较大，主要与其大空隙结构有关，这种结构有利于内部侵蚀，细颗粒迁移，改变土体结构，促使土体再次起动形成泥石流；土体抗冲试验显示，震后堆积的松散物体抗冲性系数均较其他土体小，土体扰动性较强，在径流作用下极易被带走，形成泥石流；根据三轴试验结果，在含水量较低时，随着应力的增加，土体逐渐变形，但在土体接近饱和时，应力应变曲线变化平缓，应力增加很小后，土体便开始持续变形，土体表现为液限状态。土体强度随着含水量的增加，摩擦角持续降低，而内聚力则持续增加。 3、利用泥石流试验模型，进行了不同坡度下的泥石流起动试验，可以看出不同坡度下，泥石流形成的模式和机制有所差别：在坡度8°-12.5°情况下，泥石流的形成模式堵溃形式；在坡度12.5°-17.5°情况下，泥石流的形成模式是侵蚀式；在坡度17.5°-25°情况下，泥石流的形成模式是下滑式；并根据泥石流形成过程中孔隙水压力的变化特征，揭示了不同类型的泥石流形成机理。 4、根据泥石流起动试验数据，构建了泥石流起动临界方程，泥石流在9-13°之间，沟道松散物质起动临界流量下降较缓，临界流量差异不大；在13-20°之间，临界流量随着沟道坡度的增加，快速下降，而在20-25°之间，松散物质起动临界流量随着坡度的增加而下降的趋势开始变缓，并根据量纲分析和影响泥石流起动因素关系原理，定义泥石流起动时流量（无量纲化）和坡度的函数，构建了不同坡度段的准泥石流体泥石流起动临界方程，并将结果成功应用到北川县席家沟流域，对该流域松散物质起动形成泥石流的临界流量进行计算，得到该流域不同前期雨量情况下的临界小时雨强。 5、利用REE示踪技术结合流域降雨模型试验，获取泥石流汇流过程和物质来源情况，结果表明当沟道径流量达到一定程度，沟道中细颗粒开始起动，并夹杂较大石块形成泥石流，径流量快速增加，随后随着细颗粒的迁移或者沟道堵塞体的形成和溃决后，泥石流现象消失；泥石流堆积扇泥沙主要来源于沟道中下游、沟道中上游和源头坡面。细颗粒在泥石流的形成过程中扮演者非常重要的角色，其迁移和汇集均对流域地形的演化和泥石流的形成产生影响，降雨前后坡面和沟道土体粗化现象严重；在降雨过程中细颗粒被带走，土体内部空隙度增加，大空隙在降雨作用下被填充，含水量增加，同时土体的饱和度反而降低。提出细颗粒在泥石流中起到非常重要的作用，在泥石流形成预报时，应考虑土体细颗粒含量，不同的细颗粒含量其泥石流起动时临界含水量和孔隙水压力变化差异较大。 6、利用模型SCS, 结合ARGIS技术，初步探索了泥石流汇流过程，采用模型以极重灾区的花石板沟为研究对象，对9.24泥石流汇流过程进行初步预测，结果显示，最大清水流量为35.52m3/s，泥石流最大流量为215.66m3/s，计算的泥石流最大流量与实际调查结果误差为4.15%，泥石流的整个汇流过程达到1.5h左右，与实际情况基本吻合，该方法可以在松散物充足的情况下对泥石流的汇流进行预测。 |
| 英文摘要 | Debris after the earthquake disaster to become the most serious type of disaster, one of post-disaster reconstruction and the direct impact on lives and property of people in disaster areas. Environmental conditions for landslides after the earthquake, the formation of features in order to loose material after the earthquake, abnormal environmental conditions, abundant formation mechanism of debris flow study, select an outdoor large-scale testing, analysis of the debris flow formation mechanism of the phenomenon and pattern of debris flow starting to build a Debris Flow model; and the use of REE (REE) tracer experiment with artificial rainfall river basin, under the debris flow on the formation of rainfall and convergence process of the analysis; with distributed hydrological model for runoff prediction of debris flow, debris flow prediction and prevention services main achieved the following results: |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-01-28 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4848]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 庄建琦. 汶川震后孕灾环境下泥石流形成机理实验研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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