我國是世界上泥石流災(zāi)害最嚴(yán)重的國家。本世紀(jì)以來,隨著地震活動頻發(fā),在強震區(qū)內(nèi)泥石流強度和頻度顯著高于震前水平。強震區(qū)泥石流不僅物源儲量豐富、啟動閾值低、堵潰效應(yīng)明顯,同時在地形陡峭溝谷地區(qū),還形成了高位滑坡崩塌型泥石流,即物源源自高陡山坡上的地震崩塌滑坡堆積體或震裂山體,具有極高的重力勢能,破壞力極強,可稱之為“高位泥石流”。其中,發(fā)生于2010年8月8日的甘肅舟曲三眼峪溝特大高位泥石流造成了1765人死亡,成為建國以來傷亡最為慘重的地質(zhì)災(zāi)害,舉世震驚。因此,本文選取了三眼峪溝泥石流作為高位泥石流研究對象。通過對“8·8”災(zāi)害開展現(xiàn)場精細描述、工程地質(zhì)分析、遙感影像解譯、數(shù)值模擬等方法手段,研究了三眼峪溝泥石流的形成條件和高位成災(zāi)特征,提出適用于強震區(qū)高位泥石流的新型防治技術(shù)。(1)三眼峪溝流域?qū)俚湫偷母呱綅{谷地貌,支溝眾多,縱坡降較大,為泥石流的形成提供了有利的地形條件;通過遙感影像解譯等手段分析,認(rèn)為流域內(nèi)物源具有明顯的強震區(qū)高位泥石流物源特征,即物源儲量豐富,總量達到4143.92×10~4m~3,崩坡積物、滑坡、危巖體類型物源占物源總儲量的71.12%;物源分布面積極廣,與溝口相對高差大于500m的物源占總儲量的91.74%,具備了極高的重力勢能。(2)通過現(xiàn)場精細調(diào)查、災(zāi)后遙感影像解譯等手段,發(fā)現(xiàn)“8·8”三眼峪溝泥石流具有高位啟動特征,形成過程可分為高位崩塌轉(zhuǎn)化為清水性水石流和運動過程中動力侵蝕轉(zhuǎn)化為泥石流兩個階段:強降雨作用下流域上部松散物源形成水石流;運動過程中侵蝕流域中下游物源,形成特大型泥石流。在侵蝕過程中還發(fā)生明顯的堵潰效應(yīng),在運動過程中共發(fā)生3次堵潰,根據(jù)改進的頂峰流量計算公式,三眼峪溝泥石流在堵潰時瞬時流量最高可到3831.14m~3/s,瞬時流量比正常流量增加了約1800m~3/s,堵塞系數(shù)最高可達11.93。(3)利用LS-RAPID軟件對泥石流開展全過程模擬,結(jié)果顯示三眼峪溝泥石流流速最大可達15.77m/s,災(zāi)害自啟動至成災(zāi)整個過程耗時13分16秒。根據(jù)泥石流的動力學(xué)與成災(zāi)特征,提出強震區(qū)高位泥石流新型分區(qū)方法,即高位啟動區(qū)、慣性加速區(qū)、動力侵蝕區(qū)以及流通堆積區(qū),較好的解釋了強震區(qū)高位泥石流的動力學(xué)特征和成災(zāi)過程。(4)根據(jù)強震區(qū)高位泥石流的動力學(xué)特征及新型分區(qū)方法,提出了綜合防治設(shè)計模式:慣性加速區(qū)降低泥石流侵蝕能力、動力侵蝕區(qū)減少物源、流通堆積區(qū)加大排導(dǎo),以及排導(dǎo)技術(shù)與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合的風(fēng)險管理技術(shù)。該設(shè)計模式成功指導(dǎo)了三眼峪泥石流防治工程的實施:在高位啟動區(qū)和慣性加速區(qū)設(shè)計了新型的鋼筋混凝土樁梁組合結(jié)構(gòu),以攔截流體中的碎塊石與抵擋巨大塊石的沖擊,降低泥石流侵蝕能力;在動力侵蝕區(qū)設(shè)計了重力式攔擋壩,以攔截流體中的剩余物質(zhì)并控制物源啟動;在流通堆積區(qū)采取分級防護的復(fù)式斷面排導(dǎo)系統(tǒng),主流槽和復(fù)式斷面可分別防護百年一遇以及超百年一遇規(guī)模的泥石流;監(jiān)測系統(tǒng)開展針對高位啟動區(qū)的預(yù)警,以便獲得充足的應(yīng)急避險時間,并與復(fù)式排導(dǎo)系統(tǒng)相結(jié)合,形成綜合風(fēng)險防控體系,將泥石流的成災(zāi)風(fēng)險降到最低。(5)新型透水型攔擋結(jié)構(gòu)——鋼筋混凝土樁梁組合結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了巨石堆積體的自承特性,顯著提升了抵抗泥石流沖擊能力。有限元數(shù)值模擬結(jié)果表明,巨石堆積與樁梁組合結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生了樁前拱圈效應(yīng),可直接降低后續(xù)泥石流對結(jié)構(gòu)的沖擊荷載,并使結(jié)構(gòu)受力更均勻。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P642.23
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

甘肅舟曲縣交通地理位置圖

甘肅白龍江流域地貌類型分區(qū)圖

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