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拦挡坝是泥石流防治中常用的工程措施之一,其具有良好的拦砂效能,可以有效减缓局部沟道纵坡、稳固上游岸坡坡脚、减少崩塌滑坡物质供给等功能。回淤坡度是拦挡坝设计一项很重要的参数,其直接影响拦截库容和工程效益。研究泥石流拦挡坝坝后回淤坡度对泥石流拦挡工程设计十分重要。
模拟实验是泥石流研究的一种方法。本文以中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室动力学实验大厅为试验平台,对泥石流在拦挡坝后的淤积情况进行了实验,分析了9cm、12cm、15cm、18cm、21cm等5组坝高及12%、14%、16%、18%、20%等5组沟床纵纵比降组合条件下,重力式拦挡坝坝后回淤坡度的变化规律。通过实验研究得到以下结论:
(1)坝高及沟床纵比降变化都会引起坝后淤积坡度的变化,它们是影响坝后回淤坡度的主要因素。
(2)坝高一定,坝上游回淤坡度与沟床纵比降呈线性正相关关系。相同条件下粘性泥石流回淤坡度比稀性泥石流大。
(3)沟床纵比降一定,坝后回淤坡度与坝高呈二次曲线关系,即回淤坡度随坝高的增大先增加后减小。但曲线的变化速率不同,在纵比降为小于16%时,曲线变化速率较小,纵比降大于16%,曲线变化速率较大。
(4)引入比降比值的特征参数K,来表征坝后回淤坡度的变化。K与坝高及沟床纵坡均为二次曲线关系。随坝高增大,K先增大后减小;坝高在9~15cm时,K随着沟床纵比降增大,呈先增大后减小的趋势;当坝高在15~21cm范围内,K随沟床纵比降的增大,呈先减小后增大的规律。
(5)稀性泥石流坝后淤砂形态相似,在淤砂区的前部,淤砂高度都大致等于坝体高度,在淤砂区的尾部,都有一个明显的陡坎。沟床纵比降越大,坝下冲刷坑的冲刷深度越大;沟床纵比降一定时,坝高越高,坝后淤砂长度越长。