土力类泥石流源地土体起动预报模型初步研究

【摘要】：泥石流是山区常见的自然灾害，它是碎屑固体物质与水相混合的饱和流体在重力的作用下沿陡峻沟坡的运动，以其突发性、夜发性、局地性、短暂性和凶猛性给山区人民带来了巨大的灾难。随着社会经济活动的发展，人类不合理活动增加，生态环境恶化，促进泥石流的形成与发展。我国作为泥石流灾害严重的国家，开展泥石流研究，进行科学有效地预报、防治泥石流是非常必要的。为此加强对土力类泥石流的形成机理、起动判别方法的研究，并建立坡面堆积物失稳判别系统，其研究意义是显著的。 本文围绕着降雨型土力类泥石流起动机理及其判别预测方法，进行的主要研究有(1)研究了降雨在斜坡面上的产流机制，运用了降雨下渗能力曲线法推导出降雨在坡面上产流的计算方法，实时计算降雨在坡面上产生的地表径流、地下渗流以及降雨对坡面上的碎屑固体物质堆积体的含水量变化的影响；(2)在前人的大量试验数据资料的基础上，研究碎屑固体物质堆积体的含水量对自身物理力学参数—内粘聚力C和内摩擦角φ的影响。推导考虑地表径流、地下径流以及渗流力、静水压力、雨滴击溅力等因素的固体碎屑岩土堆积体的稳定系数的计算方法及公式，阐明了坡面堆积体失稳机制以及判别方法；(3)建立了有效固体物质概念。并在此基础上建立了土力类泥石流起动预报模型，该模型利用土力学知识，分析半无限长坡面碎屑固体物质堆积体的受力情况，推导出基于用斜坡面上碎屑固体堆积物土层的在降雨过程中的浸润饱和深度为判别条件的泥石流的起动临界条件，并分析了坡面上几种特殊的堆积物的堆积形式的起动临界条件进行分析，以补充所建模型的不足；(4)在前人的实验数据的基础上，利用VB6.0和Excel集成编程开发的基于土力学原理的坡面堆积物稳定性判别系统，该系统可以对坡面堆积体的勘察资料进行处理和修改以及利用三转角方程进行三次样条曲线拟合，实时计算降雨在坡面上的产流以及坡面堆积物失稳动态判别，为降雨型土力类泥石流的预报提供依据。