三峡库区坡面泥石流形成机制

论文摘要

工程弃渣型坡面泥石流是由于各种工程建设过程中,不注意生态保护和渣堆的存放位置不合理,在一定的水动力条件下,导致坡面渣堆移动或滑移、崩塌而产生的坡面泥石流现象。在三峡库区大规模的城镇迁建过程中,由于地形条件限制,几乎所有的工程场地都是以开挖整平为主,开挖下切深度几米至几十米,这势必产生大量的工程弃渣。随着三峡库区新城建设的不断深入,因工程弃渣处置不当而造成坡面泥石流的事件越来越多,在三峡库区这种泥石流现象普遍发育,具有巨大的潜在危害性。由此可见迫切需要对这种有别于自然坡面泥石流,由工程弃渣形成的特殊坡面泥石流问题进行系统研究,基于此本文以三峡库区重庆段工程弃渣型坡面泥石流为研究对象,以试验方法为主要手段,对工程弃渣型坡面泥石流的形成机制进行初步探索研究。所完成的主要内容及成果如下:(1)本论文通过搜集野外实地观测资料和大量水文、气象、地质、地貌资料,对重庆库区工程弃渣型坡面泥石流形成的环境条件进行了分析,说明从地形地貌条件、降雨条件上十分有利于工程弃渣型坡面泥石流的形成和发展。通过物源调查,重庆境内经济建设过程中因城镇、道路、矿山开产等建设过程中产生的工程弃渣数量多、分布广、稳定性差,为工程弃渣型坡面泥石流提供了丰富的物源。(2)通过对重庆库区工程弃渣现场取样,进行了X射线光谱分析,室内敏感性试验:工程弃渣的比重、饱和度、含水量、天然容重及渗透系数试验,不同饱和度的渣体剪切试验,得出了c、?与含水量,饱和度之间的关系试验图。(3)通过主成分分析法可知:工程弃渣型坡面泥石流的形成是前期降雨和短历时雨强共同作用的结果,前期降雨是前提条件,短历时雨强是直接条件。(4)基于极限平衡理论,考虑降雨过程中地表径流、地下径流、渗流力、静水压力及雨滴击溅力推导了坡面渣堆的稳定系数的计算公式,并运用算例进行了验证,进而结合地貌动力学和土体力学性质理论,建立了库区工程弃渣型坡面泥石流形成的力学机制。(5)通过室内工程弃渣型坡面泥石流模型试验,主要进行了坡面工程弃渣体在坡度低于25°,前期降雨为120mm及短历时降雨强度为16.7mm/10min的降雨组合下的泥石流形成过程试验。通过分析坡面渣体含水量、孔隙水压力和地表位移高程随降雨历时的变化,揭示了工程弃渣型坡面泥石流形成及演化过程的地貌和力学特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景、目的和意义
• 1.2 国内外坡面泥石流研究现状
• 1.2.1 国内外坡面泥石流研究的历史和现状
• 1.2.2 国内外研究坡面泥石流的主要方法
• 1.3 本论文的研究思路、研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究思路及内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 重庆库区工程弃渣型坡面泥石流孕灾环境
• 2.1 地质环境条件
• 2.1.1 生态地理位置
• 2.1.2 地质概况
• 2.1.3 地形地貌特征
• 2.2 水文地质条件
• 2.2.1 气温
• 2.2.2 降雨
• 2.2.3 水文特征
• 2.3 人类工程活动
• 2.3.1 工程切坡
• 2.3.2 矿山开采
• 2.3.3 水库建设
• 2.3.4 沿江城市建设
• 2.4 物源调查
• 2.4.1 库区工程弃渣分布及组成
• 2.4.2 库区工程弃渣型坡面泥石流物源特征
• 2.5 库区工程弃渣型坡面泥石流灾害
• 2.5.1 库区工程弃渣型坡面泥石流典型灾害
• 2.5.2 库区工程弃渣型坡面泥石流特点
• 2.6 本章小结
• 第三章 重庆库区工程弃渣物理力学参数试验分析
• 3.1 试验内容
• 3.2 衍射试验及分析
• 3.2.1 试验过程
• 3.2.2 试验结果分析
• 3.3 粒度试验及分析
• 3.3.1 试验过程
• 3.3.2 试验结果分析
• 3.4 物性试验及分析
• 3.5 力学参数试验分析
• 3.5.1 试验土样的制备
• 3.5.2 渗透试验及分析
• 3.5.3 抗剪强度指标 C、φ测定试验
• 3.6 本章小结
• 第四章 工程弃渣型坡面泥石流形成的力学机制
• 4.1 降雨在工程弃渣型坡面泥石流形成中的作用
• 4.1.1 工程弃渣型坡面泥石流形成的降雨组成
• 4.1.2 前期降雨与工程弃渣型坡面泥石流形成的关系
• 4.1.3 短历时雨强在工程弃渣型坡面泥石流形成中的激发作用
• 4.1.4 前期降雨与短历时雨强的关系
• 4.2 工程弃渣型坡面泥石流形成的降雨条件主成分分析
• 4.2.1 主成分分析的基本原理
• 4.2.2 主成分分析的步骤
• 4.2.3 库区工程弃渣型坡面泥石流形成的降雨条件综合分析
• 4.3 工程弃渣型坡面泥石流起动机制
• 4.3.1 坡面渣体稳定性计算模型
• 4.3.2 各种力的计算
• 4.3.3 坡面渣堆稳定性计算模型方程
• 4.3.4 重庆库区工程弃渣型坡面泥石流起动机制算例
• 4.4 工程弃渣型坡面泥石流形成的力学机制与过程分析
• 4.4.1 工程弃渣型坡面泥石流形成的地貌学描述
• 4.4.2 工程弃渣型坡面泥石流形成的力学机制与过程分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 工程弃渣型坡面泥石流形成过程模型试验
• 5.1 工程弃渣型坡面泥石流形成过程模型试验方案
• 5.1.1 试验目的及研究内容
• 5.1.2 试验模型
• 5.1.3 试验组合
• 5.1.4 试验材料
• 5.1.5 试验仪器及设备
• 5.1.6 试验装置及测试内容
• 5.1.7 试验步骤
• 5.2 试验过程与现象
• 5.3 试验成果
• 5.3.1 坡面渣堆含水量数据采集及分析
• 5.3.2 孔隙水压力传感器数据采集及分析
• 5.3.3 坡面地表各测点高程及位移数据采集及分析
• 5.3.4 工程弃渣型坡面泥石流形成过程分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果