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本文在国家自然科学基金的资助下,对西藏东南部近几十年曾经发生过的泥石流堵塞主河事件进行野外调查,结合模型试验和数值模拟两种方法,研究泥石流堵塞坝形成后的稳定性和溃决机理,以及堵塞坝溃决后的洪水特征。
论文撰写过程中主要进行了以下工作:
第一,综述了关于泥石流堵塞坝事件的国内外研究情况,总结了关于泥石流堵塞坝事件的主要研究方向、方法和目前取得的成果,指出了国内外在堵塞坝溃决机理和溃决洪水方面的研究很有限,并且阐明了堵塞坝溃决研究有很强的理论和实践意义。
第二,项目组对西藏东南部多条泥石流堵塞坝进行实地考察,收集了大量资料,本文总结分析了西藏东南部有代表性的4条泥石流沟,所发生的7次特大型或大型泥石流的性质和规模(其中有5次形成了堵塞坝);通过分析,认为影响泥石流堵塞坝溃决的主要因素为河道上游来水量、河宽、河床比降、坝体高度、坝体下游坡面倾角、坝体物质组成。
第三,进行了13组关于泥石流堵塞坝稳定性、溃决过程和洪水特征的模型试验。试验了在不同上游来水量、坝体高度、坝体物质含水量和不同坝顶宽度情况下的堵塞坝溃决过程,并记录了溃决洪水过程。
本文取得的主要成果如下:
第一,提出泥石流堵塞坝溃决的两种形式,一种是下游坡面逐渐冲刷溃决,另一种是泥石流再启动引起的坝体溃决,泥石流再启动又可以分为水力再启动和重力再启动。
不同的溃决形式有不同的溃口发育机理,逐渐冲刷溃决一般分为前期坡面颗粒启动和中后期坡面陡坎发育发展两个阶段。从坡面泥沙启动的角度分析认为下游坡面泥沙颗粒启动的条件为:
堵塞坝下游坡面水力再启动主要是因为,在水体和重力作用下的堆积物中的剪应力τ大于坡面堆积物中固体颗粒之间的阻力τ1的结果。堵塞坝坡面以下zo厚的物质层再启动的条件为dτ
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