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四川省境内在经历“汶川”与“芦山”两次强烈地震之后,暴发了高频率、大规模的泥石流等地质灾害,给震区造成了巨大经济损失和人员伤亡。两次强震过后,地震诱发各种滑坡、崩塌等地质灾害为震区泥石流形成提供了丰富的松散物源基础,在规模和频率上汉源县红沙沟泥石流呈现逐年增加的趋势,对当地人民群众生命财产造成严重的威胁。论文以汉源县红沙沟泥石流为研究对象,通过多次野外实地调查,并结合高分辨率遥感影像等资料,查明了泥石流灾情、形成条件、山区特征和成因机制,对单沟泥石流易发程度、发生频率和发展趋势预测进行分析,探讨了泥石流的形成过程和机理,开展了泥石流危险性评价;基于现场试验,采用经验计算泥石流的运动基本特征参数,初步设计泥石流防治工程,并通过ANSYS模拟进行结构的调整和优化,采取工程措施对该区域泥石流灾害进行了治理。 本研究主要内容包括:⑴通过对汉源县红沙沟详细的野外调查,统计沟内崩塌物源、沟内堆积物源量与分布,发现沟域内滑坡、崩塌、不稳定斜坡等不良地质体发育,为泥石流活动提供了大量松散物源;基于主沟及支沟沟道特征以及泥石流暴发前期降雨情况,结合之前红沙沟泥石流灾害情况,认为最近发生泥石流为暴雨沟谷型泥石流,总体上稀性为主,属水石型泥石流。⑵通过野外调查的沟道灾害情况和高清卫星遥感影像资料,获取沟长、流域面积、高程等沟域参数,分析汉源县泥石流沟易发程度。根据国土资源部发布的《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DZ/T0220-2006)的泥石流沟易发程度数量化评分表,该表考虑崩滑严重程度、泥沙沿途补给程度、河沟纵坡坡降、沟内植被覆盖状况等共15个要素对诱发泥石流的影响程度,并进行综合打分,基于统计结果认为主沟与2#支沟的易发程度判别为中等易发,1#支沟为轻度易发。分析以往泥石流发生频率与发展趋势预测,认为在短时间强降雨条件下红沙沟有爆发中型泥石灾害的趋势。⑶选取红沙沟内不同位置处物源进行现场配浆试验,结合查表法,计算红沙沟泥石流容重;利用雨洪法计算10年、20年、50年、100年一遇的暴雨情况下泥石流沟内的流量、流速、冲击力等泥石流运动特征值。根据泥石流形成运动过程中的基本参数,运用优化设计理论,采取适当的工程措施对红沙沟泥石流灾害进行有效的治理与预防。主要泥石流治理工程如下:考虑到沟内泥石流物源丰富,拟在红沙沟主沟中上游设置拦砂工程;在红沙沟中上游设置缝隙坝,对泥石流上游的大粒径物源进行拦截。⑷泥石流的冲击作用、块石撞击成为拦砂坝的破坏诱因,利用ANSYS软件对坝体受到大块石冲击的力学和位移相应进行了数值模拟分析,得出泥石流中大块石对坝体稳定性的影响:泥石流冲压受力表现为迎坡面受力较大,坝基和坝顶相对较小,在背坡面与坝基接触转折部位应力集中,呈点状;大块石冲击点出现集中应力,随撞击高度的增加集中效应减弱,最大应力出现在迎坡面坝基转折处,随冲击压力增大背坡面转折出现应力集中,最大应力转移至背坡面转化部位。泥石流冲压和大块石冲击表现为撞击面破坏和整体剪断破坏是其破坏形式,分析泥石流防治工程加强坡面防护和坝体与坝基结合,防治基槽的掏蚀。⑸根据当前泥石形成机理与防治措施的研究,结合工程经验和震后灾区已有泥石流防治成功案例,在防治工程设计时考虑对拦砂坝结构进行优化设计,并结合震后灾区泥石流活动特征提出震后灾区泥石流的防治设计理念,为红沙沟的防治及类似工程提供参考和借鉴。