论文部分内容阅读
“5.12”汶川地震后,龙门山主断裂带控制的狭长极震区在地震作用下产生了大量崩滑堆积体,这些松散堆积体以直接或间接的方式参与泥石流运动,为极震区泥石流提供了大量物源。同时,强烈地震作用下产生的潜在震裂山体在后期降雨作用下失稳,对泥石流物源产生间接补给。物源的增加为极端条件下泥石流的形成提供了物质基础和能量来源,同时也大大增加了极震区泥石流的危险性。 震后,覆盖层松散程度的加剧以及坡表植被覆盖率的降低,使得降雨作用下泥石流水源的汇集条件以及物源的带动情况发生了变化,使得泥石流启动的临界条件大大降低。由于极震区泥石流沟域两侧斜坡多有崩滑灾害发生,大量崩滑堆积体失稳后以碎屑流的方式进入沟道后将形成堰塞坝增加泥石流沟道的淤塞程度。沟道淤塞程度的加剧将使启动后的泥石流流体产生堵溃或多次堵溃现象,从而使泥石流规模产生放大效应。 地震作用下产生的高位崩滑堆积体,为泥石流的形成蓄积了较大的初始势能,较大的切割比降使势能更多地转化为动能,沟道的堵溃效应增大了泥石流流动动能,大能量泥石流又将带动更多物源以增加流体流量,这些都使震后泥石流的运动规模大于普通泥石流。 综上,极震区泥石流危险性的加剧是物源量的增多、启动条件的降低和运动能量的大量蓄积等综合作用下产生的。因此,对泥石流物源特征及启动机理进行研究是十分必要的。本文通过对汶川地震极震区高川乡、清平乡、映秀镇三大震后泥石流高发片区的泥石流现场调查,利用统计学方法对极震区泥石流物源分布特征进行研究,对物源动储量进行估算。建立物理力学模型,研究堵沟及溃决作用对泥石流流体的“放大效应”。利用三维激光扫描手段,研究泥石流运动过程的能量蓄积、能量转化和能量消耗的效应。本论文是在收集和阅读大量文献及研究报告、开展详细的野外调查以及进行复杂室内创新后完成的。取得的主要成果如下: (1)根据汶川地震地震烈度及泥石流灾害历史及现状,确定研究区。在了解三大片区地质环境条件的基础上,对比地震前后研究区地质灾害的发育特征,引出地震作用对极震区泥石流物源条件及启动条件的改变。 (2)根据三大片区泥石流物源条件的调查,在总结泥石流物源发育及分布特征的基础上,通过控制变量法分别找到了单因素条件下沟域面积、相对高差、发震断裂距离和岩性及岩体结构与物源储量的函数关系(在此过程中运用层次分析法建立了沟域岩体质量等级评价模型)。采用多元非线性回归法,利用MATLAB程序语言将三大片区28组泥石流数据进行拟合回归,从而建立极震区泥石流动储量估算模型,并对模型的准确性和适用性进行检验。 (3)在对极震区溃决型泥石流特征调查的基础上,总结了极震区溃决型泥石流启动特征。建立了崩滑碎屑流堵沟模型,基于碎屑流入汇主沟的总量对碎屑流堵沟条件进行研究,基于碎屑流的冲出距离对碎屑流堵沟模式进行研究,并结合牛颈沟碎屑流对模型进行了验证。建立了极震区泥石流堰塞坝临界溃决模型,以研究泥石流的临界溃决条件,同时基于能量法建立了溃后泥石流流量计算模型,以研究泥石流溃后的流动特征,并结合大水沟天然溃决坝对以上模型进行了实例验证。 (4)在对三大片区泥石流能量特征野外调查的基础上,基于文家沟两期三维激光扫描数据,分析计算了大沟域、多物源量条件下泥石流初始势能的蓄积量。基于莲花心沟两期三维激光扫描数据,分析计算了大高差、大比降条件下势能的转化情况以及冲出动能的大小。在对泥石流溃决增能作用分析的基础上,基于甘沟“8.24”泥石流两次溃决实例,研究多次溃决作用对泥石流的增能作用。 (5)震后泥石流的发育特征是崩滑灾害→泥石流灾害转化的“灾害链效应”,地震作用下产生的崩滑堆积体及潜在震裂山体是灾害链的源头,降雨作用是灾害转化的诱发关键点。因此,研究震后泥石流关键是研究物源的形成→启动→运动特征。