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泥石流拦砂坝是泥石流防治工程常用的主要措施之一。拦砂坝能拦蓄泥沙、降低泥石流容重和流量。拦砂坝作用下的泥石流容重的衰减过程是泥石流防治工程的关键点。本文通过调查西部山区典型的泥石流拦砂坝,设计了常用的拦砂坝模型。以汶川地震灾区(都江堰市虹口乡深溪沟)的崩坡积土体作为实验土样,在野外开展了空库、半库和满库三种工况下的拦砂坝作用下的泥石流容重衰减实验。通过模拟实验,分析了泥石流容重衰减的成因,研究了拦砂坝作用下的泥石流容重衰减过程。通过调查我国西南山区现有的排导工程的运行情况,统计分析排导纵坡与泥石流容重等系列参数的相互关系,研究泥石流容重对排导纵坡的影响,最后探讨了泥石流容重衰减值对排导纵坡的影响。本文取得的主要成果如下:
(1)通过拦砂坝作用下的泥石流容重衰减实验,揭示了空库、半库和满库三种状态下的泥石流过坝过程模式。空库状态下的泥石流过坝过程为:铺床→减速淤积→快速淤积→过坝;半库状态下过程为:铺床→部分过坝→快速淤积→翻坝;满库状态下的过程为:铺床→翻坝。
(2)以拦砂坝作用下的泥石流容重衰减实验结果为基础,研究了拦砂坝上游泥石流容重与拦砂坝下游泥石流容重之间的关系。实验结果表明,拦砂坝作用下的泥石流容重的衰减与拦砂坝所处的工况有关。泥石流容重衰减幅度的工况优先级为:窄库＞半库＞满库。在窄库状态下,拦砂坝下游的泥石流容重约为坝上游容重的70％;在半库状态下,拦砂坝下游的泥石流容重约为坝上游容重的70.25%-77.42%;而满库状态下的泥石流容重变化不大,约为坝上游容重的91.19%-92.90%。
(3)拦砂坝作用下的泥石流容重衰减模型可统一表示为y=AxB(空库时A=0.6521,B=1.1317;半库时A=0.7465,B=0.9925;满库时A=1.0836,B=0.6307)。A为衰减系数,与拦砂坝处的泥沙淤积高度有关;B为容重衰减指数,与拦砂坝的库容状态有关。经过实例验证,结果表明该式可以很好地描述拦砂坝上下游泥石流容重之间的关系。
(4)根据调查的我国西南山区现有的排导工程的运行情况,统计分析排导纵坡与泥石流容重等系列参数的相互关系,研究泥石流容重对排导纵坡的影响。低容重(1.2～1.5 t/m。)和高容重(2-2～2.3 t/m3)的流通区和堆积区的天然排导纵坡值比中容重(1.6～2.0 t/m3)的排导纵坡小。东川槽和V型槽的排导纵坡与泥石流容重相关,且随着容重的增加有增加趋势,但容重与排导纵坡之间并非纯粹的线性关系。过坝后的泥石流容重会降低,下游的排导工程的排导纵坡需要根据实际情况作出相应的调整。