胡健[1]2002年在《泥石流与主河的汇流机理及泥石流运动的数值模拟》文中指出泥石流与主河交汇问题是流体运动研究领域的一个新课题。它研究不同流体汇流产生的相互作用，处于牛顿流体运动研究和非牛顿流运动研究的交叉点。 本文首先研究了整个泥石流流域上发生的汇流现象，从泥石流产生区、流通区以及堆积区对泥石流汇流的形式和特点进行了总结。将泥石流汇流按流体物理性质重新分类，给出叁种基本汇流形式。在此基础上，讨论了泥石流汇流与水流汇流的关系。 泥石流与主河汇流造成的灾害严重而且机理复杂。本文系统地总结了泥石流与主河汇流的运动方式、冲刷形式、汇流结果和沉积特征，阐述了泥石流汇入主河时的运动特点。研究分析泥石流潜入水下运动的机理和受力，考虑交界面动水压力的影响，给出泥石流水下运动的受力表达式。结合泥石流水下运动特点，讨论水下泥石流的交界面稳定问题和交界面上的泥沙交换，给出交界面失稳判别式。探讨泥石流堵河的影响因素和堵河体的形式，提出新的堵河判别条件。 在探讨入汇机理的基础上，认为粘性泥石流入汇对主河的影响主要体现在河床地形的改变。将粘性泥石流与主河的汇流视为分层流研究，上层为主河水流模型，下层为水下泥石流运动模型。由两者之间的相互关系，在水下泥石流运动模型中考虑水流动水压力和剪切阻力的影响，在水流模型中考虑泥石流入汇产生的地形影响，推导出二维粘性泥石流入汇主河的基本方程，并讨论了方程中参数的选取问题，运动阻力项参考结构二相流单流体模型的阻力表达式给定。 对主河无水流情况下的泥石流运动(即沟道泥石流运动)进行了数学模拟。数学模型采用一种基于叁角网格的显式差分格式—有限节点法。这种方法将有限元的思想与有限差分的方法结合起来，吸收了有限元方法中叁角网格模拟边界条件符合实际情况的优点，又具有差分方法计算量小的特点，方法的适用性经过了大量工程实践的检验。同时，此方法是显式差分格式，能够方便地处理交汇区的动边界问题。 本文在数学模型的调试与开发中，加入了可视化计算方面的工作，使计算结果更加直观。对于计算量大、费时长和平面形态复杂的数学模拟，实时图形显示和控制能够大大提高计算效率。 为了验证二维粘性泥石流运动数学模型的正确性，以泥石流小型堆积模型试验为模拟对象，计算模拟在不同来流方式、堆积区坡度和泥石流容重情况下的泥石流堆积范围。结果表明，粘性泥石流结构二相流模型对于一次来流堆积情况的模拟符合较好。由于缺乏合理的多次堆积模式，对于泥石流多次来流的累加堆积情况不适用。
陈泽硕[2]2016年在《泥石流入汇主河后水—泥流特征研究》文中研究指明泥石流是山区最常见几种地质灾害之一,泥石流入汇河流,将大量沙石巨砾带入河流,往往造成不同程度的危害。泥石流入汇主河成灾主要体现在汇流区,轻则淤积河道形成急流或险滩,对河流通航、泄洪等造成影响；重则完全堵断河流形成堰塞坝,造成淹没及洪水灾难。本文以泥石流入汇主河后,汇流区的泥石流运动、输移以及沉积特性为研究内容,首先通过资料收集和野外实地调查,总结分析了泥石流入汇主河的特点、形式、结果以及影响因素；然后开展不同条件下的泥石流入汇主河模型试验,获得各参数对汇流区堆积体形态参数和汇流区水位变化的影响趋势,分析泥石流堵河的不同模式及其汇流机理；最后利用动量守恒定理,从理论上分析了在汇流区形成的堰塞体宽度。磨西河泥石流堵塞大渡河物理模拟试验结果表明：容重对汇流区堆积体的形态参数影响较大,当泥石流容重大于1.7g/cm3时,汇流区才会形成稳定堆积体,随着容重的增加,堆积体尺寸呈线性增加；高流速泥石流能够横穿河床,撞击对岸后折返,溯源堆积；其他条件相同的情况下,泥石流的总量越大,堵河程度越严重。根据相似条件,若磨西河再度爆发的泥石流容重大于1.9g/cm3,当泥石流总量达到47.5×104m3时,磨西河泥石流将半堵大渡河；当泥石流总量达到85.5×104m3时,将完全堵断大渡河,试验结果与雨洪法计算结果有较好的适应性。磨西河泥石流为其流域群发泥石流汇合而成,具备再次堵塞大渡河的能力,应注意防范。交汇角被普遍认为是影响泥石流与主河汇流结果的重要参数。为了研究交汇角a的影响作用,进一步探索泥石流与主河汇流的一般性规律,开展了泥石流入汇主河的概化模型试验。试验表明：直角交汇为泥石流堵河的最有害交汇角,钝角交汇形成的堆积体范围较其他情况小但厚度大；当堵塞程度系数大于0.4时,汇流区上游才出现水位壅高的现象,不同堵塞程度和堵河模式,水位壅高值不同；泥石流容重和总量同样是影响汇流区堆积体形成的重要参数；从实验现象和试验结果分析出泥石流堵河的四种不同模式：①顶冲堰塞全堵、②单向推进局部堵塞、③双向束窄局部堵塞、④潜坝壅堵,各模式出现的几率和存在的时间长度与天然条件下相符。泥石流入汇主河是从较陡沟道进入较平缓的河床,依据Takahashi的泥石流在变坡度沟道内的运动方程,考虑河床阻力以及水流阻力的影响,推导泥石流在河床上的运动距离计算公式,用于计算汇流区堆积体的宽度。理论分析计算结果与实验实测结果有较好的适应性,试验结果和理论分析能够为泥石流堵河的前期识别分析提供参考。
陈春光[3]2004年在《泥石流与主河水流交汇模型及耦合计算方法》文中提出饱含大量泥沙石块的泥石流进入主河，往往会堵断河流，淹没上游农田、铁路、公路等沿河建筑物，造成大范围危害。另一方面，泥沙石块在河道中的堆积，控制着入汇口附近的水沙交互作用和河床形态变化，变迁型河段对公路、铁路的危害是全局范围的。 从力学性质上划分，一般泥石流属于非牛顿流体，而河水则通常被看作是牛顿流体，泥石流入汇主河，其汇流后的运动特征与牛顿流体之间的交汇问题不同，是一种非牛顿流体与牛顿流体之间的汇流问题，泥沙的堆积与输移、主河水流的变化以及河床的改变等均表现极为复杂。本文首先通过野外实地考察和室内模型实验，来探明两种不同流体交汇时相互作用特点，然后建立在不同交汇条件下泥石流和主河水流交汇的流动模型，并研究可行的求解方法。 在野外考察方面，主要围绕云南小江流域，调查了泥石流与主河交汇现状及其泥石流活动对铁路和公路的影响，分析总结了实际观测到的交汇特点。 为了探明泥石流与主河交汇的相互作用机理，本文重点介绍了所开展的室内模型实验。首先研究了两场交汇试验的相似性问题，对于泥石流入汇主河水流，其相似性主要应考虑主支流的几何因素(包括交汇口夹角)、入汇前泥石流物理特性、主支沟各流体运动学和动力学因素。实验的重点放在交汇初期汇流部的流动特点，对于一般稀性及粘性泥石流，交汇角、支沟与主沟相互关系、主支流流量比的影响非常大。根据泥石流在交汇区的流动特性，试验得出两种不同的交汇模式，即“有分层交汇”模式和无明显分层的“潜入式交汇”模式。试验还表明有分层交汇时泥石流的运动与泥石流在无水流作用下的运动有着本质的不同，而潜入式交汇模式与异重流有相似之处。模型试验得到了潜入式交汇泥石流龙头运动速度变化规律和龙头几何特征，初步探明了分层交汇的动力学机理和上下层速度差的影响因素。 在试验研究的基础上，针对潜入式交汇模式，运用质量守恒方程和动力学方程建立了入汇泥石流龙头的运动方程。计算结果得到以下结论：(1)当主河水流弗劳德数比较小(Fr＜0.35)时，入汇主河泥石流龙头运动速度近似以线性下降，且与试验值吻合较好；(2)混合流粘滞系数η和绕 西南交通大学博士研究生学位论文第日页流系数CD对龙头运动速度影响较大;(3)泥砂沉降速度w，对龙头内部体积比浓度有显着影响。 对于复杂的有分层交汇情况，本文从经典流体力学和非牛顿流体力学理论出发，建立统一的能反映交汇区流动的控制方程，在此基础上，采用标志网格法(MAC法)和质点网格法(PIC法)，结合现有的有关泥石流、泥沙等浆体的流变关系和流变参数，提出了一种计算交汇区流场和泥沙沉积与输移的祸合分析方法。通过计算实践表明:文中所提出的祸合计算方法是可行的，所建立的二维和叁维模型，可以从不同的角度刻画了交汇区水面的变化、泥沙沉积与输移特性。 考虑到泥石流在结构上具有多样性，本文在对传统离散单元法(DEM)进行分析的基础上，提出了适用于计算泥石流运动的叁维离散单元模型，运用此模型计算了主河在无水(或弱水流)条件下，泥石流堆积过程与堆积扇形态。在此基础上，提出了泥石流(采用离散单元法)与主河水流(流体力学方法)交替计算的祸合模型，模型中重点考虑了堆积体与水流交接面单元格中泥沙沉积与输移，并按单元格中的流动状态和泥沙浓度来确定泥沙的沉积与输移。运用改进后的模型计算了无水和有水流作用下的两种堆积过程，其堆积体的纵向坡面变化、堆积扇的几何形态、泥沙浓度分布等，均得到了较详细的刻画。
陈日东, 刘兴年, 曹叔尤, 郭志学[4]2011年在《泥石流与主河汇流堆积的数值模拟》文中进行了进一步梳理汶川大地震使震区周围的山体出现大量崩塌、滑坡,为泥石流灾害发育提供了丰富的固体物源.一旦降雨条件适宜,很容易形成山洪泥石流.山洪泥石流来流量大,结构较强,与主河汇流时,难以被主河水流及时冲刷,在汇流区大量堆积,从而引发一系列的灾害.本文在前人的研究成果和相关资料的基础上,对交汇区泥石流与主河水流间的相互作用关系进行了合理简化,采用处理对流项有较好计算稳定性的有限元特征分裂算法,建立了与主河汇流的泥石流堆积数学模型.运用本文模型,再现了文家沟特大山洪泥石流在绵远河的堆积过程,分析了泥石流堆积对主河流路、水深、流速分布等的影响.采用实测堆积地形对计算成果进行了验证,结果表明,本文模型计算泥石流堆积范围,堆积厚度分布,在规律上与实测地形基本一致最后,文章对模型未来改进方向进行了探讨.
刘翠容[5]2014年在《泥石流堵塞大河判据及沿河线减灾对策》文中研究指明随着全球气候变化异常和人类社会经济活动的不断增强,极端天气和地质事件增多,尤其是汶川地震后的4年里泥石流活动非常活跃,暴发了数次特大规模泥石流,汛期的实践表明,泥石流是震后最为活跃的灾种,泥石流堵河成为一种频繁的灾害事件。本文面对极端激发条件和汶川地震震后成灾环境急剧演变状态下,我国特大泥石流灾害频发的严峻形势,面向国家山区建设中急需解决的泥石流防灾减灾问题,以岷江映秀至汶川段多处泥石流沟堵江,以及舟曲、清平特大泥石流灾害为背景,采用现场调查、理论分析、模型试验和数值模拟相结合的技术手段,研究泥石流堵塞大河的特点及机理,建立泥石流堵塞大河各种模式的判据等,为城镇和重大基础设施防御泥石流堵河引发的大范围灾害提供科学依据。主要进行了以下工作并取得了研究成果：(1)基于现场调查和查阅文献收集的资料,归纳出泥石流堵塞大河存在着潜坝壅堵、堰塞坝局部堵塞和堰塞坝全堵叁种堵河模式,并提炼出了叁种堵河模式的特点及成灾模式。潜坝壅堵主要发生于运动速度较高的稀性泥石流或者容重较小的粘性泥石流,其特点是泥石流始终在水下运动,泥石流停积体淤高河床,改变河道纵断面,以上游壅水形式造成淹没灾害。以堰塞坝形式造成大河堵塞主要发生于粘性(或高浓度)泥石流。一般情况的局部堵塞,主要是堰塞坝束窄水流、改变河道,影响大河行洪能力；但当堵塞系数大于0.8以后,由于泥石流严重推移大河水流,可能造成异岸冲刷灾害。泥石流完全堵断大河的事件不多,但一旦发生,堰塞湖会造成上游淹没灾害,溃坝时会造成下游超常洪水；在宽谷段甚至会迫使主河改道,形成更大范围的严重灾害。(2)针对岷江流域泥石流多半是以堰塞坝形式局部堵塞主河的现象,运用大型室内水槽试验再现了交汇角为900时粘性泥石流入汇主河的过程,揭示了泥石流入汇主河过程的特点及泥石流堵塞大河的机理。重点研究了堰塞坝局部堵塞大河的特点,试验结果表明：泥石流入汇主河的运动过程是后续泥石流逐步推移龙头运动的过程；泥石流总量对堵河有重要的影响,总量越大堵河越严重；在泥石流堵河过程中,主河流速、堰塞坝物质流失量和上游水位壅高值都随堵塞系数呈非线性规律：主河流速随R先增大后减小,当R小于0.8时,堰塞坝的物质流失量少,上游水位壅高值呈线性增加,当R大于0.8时,堰塞坝的物质流失严重,上游水位壅高值呈指数增加。(3)根据泥石流堰塞坝堵河模式的特点,基于水沙动力过程,以泥石流在坡度变化沟道内的运动方程为基础,考虑堰塞坝和主河水流的相互作用,给出了泥石流在主河中运移距离的计算公式；鉴于泥石流堵塞大河过程中物质流失严重的现象,根据水槽实验数据确定了流失系数；以周必凡提出的泥石流堵断主河总量的计算公式为基础,提出了按流失系数加以修正的泥石流阻塞大河物质总量条件。从而建立了基于动力学方程、物质总量的泥石流堵塞大河综合判据。(4)基于堵塞系数R对于预估泥石流堵河灾害效应的关键作用,以模型试验数据为依据,导出了堵塞系数R的表达式,此式可用来预估泥石流堵河的程度,也可作为泥石流局部堵塞大河的另一判据,可用来指导泥石流防治工程的设计。(5)根据潜坝壅堵模式的特点,基于异重流理论导出了泥石流龙头运动简化方程,基于有坎宽顶堰模型给出了潜坝壅堵上游水位计算式；对影响泥石流龙头运动的各个因素进行了单因素分析,分析表明泥石流粘滞系数和切应力对龙头运动速度影响不明显,绕流阻力系数对龙头运动速度影响最大；给出了泥石流龙头在主河里的运移距离随时间的变化曲线,在此基础上给出了潜坝堵河的最小固体物质总量计算式。(6)根据泥石流堰塞坝堵河模式的成灾模式,运用数值模拟方法分析主河在不同堵塞系数时的水流流场,再基于信息熵原理定量地分析主河流场有序度,得出当堵塞系数R为0.80-0.9时,主河流场熵值急剧下降,表明流场有序度不断增高,流向以偏向异岸为主,且此时水流速度大,水流偏转又集中发生在近河岸处,对河岸具有很强的冲刷能力,R=0.80可作为主河水流偏转冲刷异岸的临界点,把堵塞系数R>0.80作为泥石流局部堵河异岸受灾判据。通过岷江流域银杏至映秀段泥石流堵河实例验证,表明数值模拟结果与实际情况吻合,泥石流局部堵河异岸受灾判据可行,进而提出了泥石流灾害效应与判据框图。基于堰塞坝局部堵塞主河使上游水位壅高致灾的现象,给出了水位壅高值计算式,为计算淹没范围提供了依据。(7)针对不同堵河模式的灾害效应,提出相应的减灾对策。对于全堵模式首先考虑抬高淹没区线路标高,若受其他条件限制无法实施时,则考虑限制泥石流入汇主河的流量和总量,以减轻或消除泥石流堵塞大河。对于局部堵塞模式主要考虑异岸受灾,采用导流工程、支挡工程等工程措施保护异岸线路工程免受冲刷。对于壅堵模式,则考虑小范围抬高线路标高。
徐永年[6]2001年在《崩塌土流动化机理及泥石流冲淤特性的实验研究》文中认为通过水槽实验，对崩塌土所能到达的最远距离进行了研究，成功地模拟了崩塌块体在饱和度较高的缓坡上快速滑行的现象。实验表明：松散崩塌土流动化机理为水流掺混，块状崩塌土流动化机理为压差减阻。给出了判别崩塌土相对运动距离，即流高比公式，并用现场实测资料进行了验证。提出了松散崩塌土和块状崩塌土流动化的判别条件。探讨了稠性泥石流在缓坡上加速运动的成因，并讨论了阵性泥石流平均流速公式。最后，分析了泥石流入汇对主河河型及河床演变的影响，讨论了泥石流入汇危险性评价的判别指标。主要内容如下： ·崩塌土运动距离的预测—崩塌土流高比与斜坡形状、崩塌源土质及沿程土质条件、坡前径流及土层含水状态等有关，并提出了崩塌土流高比公式。 ·崩塌土流动化机理探讨—松散崩塌土能否流动化取决于土体含水状态、纵坡，以及与水流掺混的程度，其流动化机理为水流掺混。块状崩塌土快速加载使其与下垫层之间出现超载孔隙水压力，且不能及时消散，减小了块体的有效重量，达到了减阻作用，其流动化机理为压差减阻。并提出了崩塌土流动化的判别条件。 ·泥石流的冲淤变化特性—泥石流多阵迭加过程中出现超载孔隙水压力使龙头阻力降低，在缓坡上能够加速运动，说明泥石流龙头迭加具有加速效应。对比了泥石流平均流速的各种公式，共同特点满足曼宁公式，修正后的公式精度较高。 ·泥石流入汇对主河影响—支沟泥石流入汇对主河的影响与交汇角、泥石流密度和规模的变化过程，以及主支沟水流的相互作用等有关，影响大小可用影响度、危险度和危害度等指标进行定量评估。
陈德明[7]2000年在《泥石流与主河水流交汇机理及其河床响应特征》文中认为本文首先对泥石流与主河水流交汇机理及其河床响应特征进行了实验研究，成功地模拟了汇流角分别为90°，60°和30°的交汇及河床响应过程。通过实验发现了泥石流与主河水流相互作用的四种模式，水流对泥石流堆积体冲刷的叁种模式以及一种相似的冲刷平衡模式；分析得到了泥石流的堵河判别式；不同主支流流量比对交汇时泥石流沉积地形的影响，不同汇流角对交汇的影响参数以及泥石流与主河水流的交汇机理。然后，在实验的基础上，建立起泥石流单一沉积以及泥石流与主河水流相互作用的前叁种模式的动力学方程组，进而分析得到了它们各自的理论解。最后，对理论解进行了实验验证。 实验的主要内容有：1．不同性质的泥石流在汇流角分别为90°，60°和30°时的单一沉积实验；2．汇流角分别为90°，60°和30°时不同主支流流量比的交汇实验；3．汇流角分别为90°，60°和30°时主河水流对泥石流堆积体的非恒定冲刷过程及平衡 地形；4．在主河铺沙的条件下，不同主支流流量比交汇时的河床响应过程；5．汇流角为60°时主河流量相同水深不同的交汇地形；6．非恒定流所塑造的阶梯系统（Step-Pool System）。 泥石流与主河水流交汇的四种模式是：1．“顶冲对岸模式”；2．“部分—完全堵河模式”；3．“潜入模式”；4．“掺混并潜入模式”。 考虑不同主支流流量比对交汇时泥石流沉积地形的影响时，提出了“轴线”，“脊线”和 “冲刷角”概念，研究了主支流流量比与冲刷角的关系；提出了研究不同汇流角对交汇影响应考虑的参数——扩散角与“轴线”。 关于泥石流与主河水流的交汇机理，提出了泥石流是一种“流动的固体”，泥石流汇入主河就是一个“活动的丁坝”或者“活动的潜坝”。当发生堵河现象时就形成人们常说的“天然坝”。进而提出了“泥头损失”和“泥头损失系数”概念，给出了泥石流与主河水流交汇过程中“泥头损失系数”与水头损失系数的求解方法。 根据泥石流沉积时呈扇形展开的实验现象，用一维方程组建立起适用于泥石流单一沉积过程中的二维问题，并求出了不考虑与考虑主河对岸影响两种情形下的理论分析解，此两种理论解均得到实验的验证。 在泥石流单一沉积的理论方程和泥石流与主河交汇机理的基础上，建立起“部分堵河模式”，“潜入模式”和“掺混并潜入模式”的水流与泥石流动力学方程组，并求出了叁种模式的理论解，进而对泥石流的叁种模式的理论解进行了比较，最后，用实验资料对前两种模式进行了验证。
何其多[8]2014年在《大型泥石流汇江诱发灾害链的初步研究》文中研究指明本文以红椿沟泥石流为研究对象,以诱发灾害链为主线,通过资料收集、现场调研,分析了汶川县红椿沟泥石流特征、汇江机理、汇江影响因素；以室外试验为基础,研究了泥石流堵江影响的主控因素,并开展了较为详细的堰塞坝溃坝计算。全文主要研究内容及成果如下：(1)红椿沟泥石流形成条件研究。通过对“8.14”红椿沟泥石流主沟以及另外叁条支沟(甘溪铺沟、大水沟、新店子沟)的野外调查发现,研究区泥石流多以碎石、漂石为主,属于夹杂大量石块的粘性泥石流。当研究区的物源条件、水源条件、地形条件充分满足时是极易触发汇江型泥石流。(2)泥石流汇江机制及汇江因素分析。从泥石流汇流运动方式、河流冲刷方式、堆积体等多个方面对泥石流汇流机制进行初步探讨,得出“8.14”红椿沟泥石流堆积体从剖面上看属于推进型,进而堵断河流,同时受水流强烈侧向冲刷,形成局部堵塞；从平面上看看属于堵河型,受水流沿河流方向的冲刷,逐步形成平衡状态局部堵塞。此外,分析了“8.14”红椿沟泥石流堵江影响主控因素。(3)泥石流汇江物理模拟试验研究。分别对堵江影响的主控因素交汇角、流速比与流量比、含水率、一次入汇固体物质总量以及堵江模式分别进行了5组17次物理模拟实验。试验结果表明：泥石流交汇角、一次汇入固体物源物质总量的增大有利于堵江现象的发生,而主河与泥石流的流量比、流速比的增大则不利于泥石流堵江；含水率的影响呈现一种抛物线型关系,即随参数的增大对堵江先有利而后朝不利方向发展；结合多次实验结果,得出堵河基本模式：潜坝堵塞、局部堵塞、完全堵塞。试验推算的流速、重度及堆积体面积等参数与泥石流沟的实际特征数据基本相符,验证了试验的准确性及可靠性。(4)泥石流灾害链模拟计算与分析。以研究区泥石流为例,对泥石流诱发灾害链(包括泥石流冲击力、泥石流堰塞坝溃坝洪峰流量、泥石流堰塞坝溃坝洪水演进过程)进行详细计算与分析。得出研究区泥石流沟口处冲击力非常大,足以瞬间破坏主河周边环境(如公路,桥梁、房屋等)；逐步溃决模型较好反映溃口扩展基本特征,也是与实际溃坝洪峰流量拟合的很好,且在逐步溃决模型计算中取流量系数为0.32、计算时段(△T=600s)比较合理；溃坝洪峰向下游推进过程中,各断面的最大流量、最大水深与距离呈现抛物线型关系,即随着距离增加,先是以快速衰减然后以慢速衰减,而到达各断面的时间与距离基本呈线性关系。
郭志学[9]2003年在《泥石流入汇交汇区水沙运动特性》文中进行了进一步梳理以大容重、高流速、大流量和强摧毁力为特征的泥石流骤然间将大量包含各种粒径(尤其是大尺寸颗粒)的泥沙输入主河，在短时间内改变主河水沙组成及局部边界条件，对主河水沙运动特性及演变规律等都带来重要的影响。在泥石流与主河交汇区，主河水位被壅高，泥石流中固体物质在该区段发生淤积，给交汇区及其上、下游河段一定范围内的河床地形和水流条件带来重大改变，严重时还可能形成堵江坝和堰塞湖，淹没上游农田、铁路、公路等沿江建筑物，造成大范围灾害。当洪水漫过堵江坝时，又可能发生溯原冲刷，而当堵江坝溃决时，会产生大规模的溃决洪水，造成下游长距离超常冲刷，冲毁下游农田和沿江建筑物，形成二次灾害。泥石流入汇问题与山区人民生产生活、经济建设和生命财产安全息息相关，对其进行研究具有重要的应用价值。此外，从学科范畴来说，泥石流入汇主河属于复杂的非牛顿流体与牛顿流体相互作用问题，对在交汇区复杂水沙及边界条件下主河水流和泥石流之间相互作用机制以及交汇区的水沙运动特性等的研究又具有重要的理论意义。 本文在试验的基础上对泥石流入汇主河后交汇区的水沙运动特性进行了分析和归纳，通过理论分析与试验相结合的方法对诸如水位壅高、交汇区淤积变化规律、堵江临界判别条件以及宽级配非均匀沙再起动等一系列交汇区水沙运动特性方面的问题进行了研究。论文共分六章，现分别简要介绍如下： 论文第一章对泥石流及支流入汇问题研究现状进行了回顾，指出泥石流入汇主河属于复杂的非牛顿流体与牛顿流体相互作用问题，迄今缺乏系统深入的研究，极需结合试验对泥石流入汇后交汇区的水沙运动特性开展探索性的研究。摘要 第二章主要介绍了为探讨泥石流入汇机理所进行的系列水槽试验，包括成都山地灾害与环境研究所试验，西南交通大学试验和中国水利水电科学研究院试验以及前两家所进行的泥石流堵江试验。本章对各家试验布置、设备、试验内容及观测手段做了说明，文中还对试验现象作了详细的描述，并对试验资料所显示的相关因素之间的关系做了初步的分析和归纳:通过对不同容重的泥石流入汇主河后试验现象及试验结果的差异的分析发现，泥石流容重是影响交汇区紊动强度的主要因素，泥石流容重越低，进入主河的流速越高，在交汇区引起的紊动就越强烈，反之亦然。对不同流量比的泥石流入汇试验现象的分析发现，流量比是影响主支流对比关系的主要因素，流量比越大，支流加于主流的作用越强，表现为，在泥石流容重较小时交汇区紊动加强，泥石流容重较高时结构性保持完好，容易形成堵江，主支流量相当时则对不同容重的泥石流都表现为较强烈的交汇区紊动掺混。其次，结合不同交汇角的泥石流入汇试验现象分析认为，交汇角是影响泥石流对主河作用的一个重要因素。交汇角越大，泥石流入汇后对主河的奎水作用越明显，.在交汇区越容易形成堵江现象。此外，通过对不同流速的泥石流入汇后如「区运动变化特性的分析还发现，流速是影响交汇区掺混强度和紊动强弱的主要因素之一，支流流速越高，进入主河时对主河的侧向冲击越强，交汇区紊动掺混越强烈。 论文第叁章对各家试验成果进行了分析。通过对泥石流入汇后交汇区上游水位变化的分析认为，受泥石流入汇的影响，交汇区上游水位奎高，其奎高幅度随交汇角的增大而增加，在交汇角一定时则随流量比的增大而增大。此外，对交汇区淤积特性的分析指出，随流量比的增大，交汇区淤积量总体上呈增大的趋势。平均淤积深度具有随流量比的增大而先增大后减小的趋势，并表现出与主河流量有很好的相关性，主河流量越大，淤积物越分散(出现堵江情况例外)，淤积深度越小。最大淤积深度出现在主支流量相当时，最大淤积深度点多分布于支槽对岸主河下游侧，当泥石流容重较高时，则多集中分布在支槽出口附近。 论文第四章应用动量原理对交汇区水沙运动特性进行了分析，引入输运率和淤积率等概念，研究了泥石流入汇后流量比和容重比等因子变化对交汇区水沙特性影响的规律，并推导得出可以综合反映泥石流入汇后水位奎高和交汇区泥沙淤积的关系式。此外，对泥石流入汇引起堵江的各种因素所进行的分析指四川大学博士学位论文出，随泥石流入汇角、泥石流与主河的流量比、泥石流入汇总量、泥石流浆体屈服应力等的增大有利于堵江现象的发生，而主河宽度和主河比降的增大则不利于泥石流堵江，泥石流容重和泥石流与主河流速比的影响呈现一种抛物线型关系，即随参数的增大对堵江先有利而后朝不利方向发展。最后建立了泥石流堵江的临界判别式。 论文第五章探讨了交汇区淤积体在主河水流作用下的再起动问题。文中引入泥沙颗粒切点公切线与水平面的交角作为表征泥沙颗粒在床面位置的参量，根据床沙处于不同位置时受力情况，确定颗粒起动的判别条件。结合指数流速公式，推导了与泥沙粒径和位置参量(公切角)相关的非均匀沙起动流速公式。此外，从泥沙与水流相互作用机理出发，建立了可以反映泥沙颗粒对近底处水流结构影响的
叶健, 陈锦雄, 陈晓清, 朱军, 徐柱[10]2016年在《泥石流沟道汇流对堆积危险范围影响的数值模拟研究》文中认为利用离散元法和图形处理器(GPU)并行计算手段建立泥石流运动堆积模型,以自然界沟道泥石流汇流后运动堆积特征及危险范围作为模拟参照,利用所构建的泥石流流通槽完成沟道泥石流不同交汇角汇流模拟试验和堆积危险范围预测,实现了泥石流沟道汇流的可视化模拟和数值模拟。试验结果表明,可视化模拟能够模拟出自然界中泥石流自流通区运动汇流后产生堆积的运动特征;数值模拟实现了锐角条件下仅考虑单因素即沟道交汇角对泥石流堆积危险范围影响的模拟试验。此外,利用GPU并行计算的优势可用于模拟大规模泥石流汇流现象,模型的可扩展性为泥石流汇流堆积危险范围分析向更为复杂的地理环境模拟奠定基础。
参考文献：
[1]. 泥石流与主河的汇流机理及泥石流运动的数值模拟[D]. 胡健. 中国水利水电科学研究院. 2002
[2]. 泥石流入汇主河后水—泥流特征研究[D]. 陈泽硕. 西南交通大学. 2016
[3]. 泥石流与主河水流交汇模型及耦合计算方法[D]. 陈春光. 西南交通大学. 2004
[4]. 泥石流与主河汇流堆积的数值模拟[J]. 陈日东, 刘兴年, 曹叔尤, 郭志学. 中国科学:技术科学. 2011
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[6]. 崩塌土流动化机理及泥石流冲淤特性的实验研究[D]. 徐永年. 中国水利水电科学研究院. 2001
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[8]. 大型泥石流汇江诱发灾害链的初步研究[D]. 何其多. 西南石油大学. 2014
[9]. 泥石流入汇交汇区水沙运动特性[D]. 郭志学. 四川大学. 2003
[10]. 泥石流沟道汇流对堆积危险范围影响的数值模拟研究[J]. 叶健, 陈锦雄, 陈晓清, 朱军, 徐柱. 地理科学. 2016