泥石流坡面物源启动临界雨量及预警研究——以都江堰银洞子沟为例

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研究示范区银洞子泥石流沟位于四川省都江堰市东北部的虹口乡,在汶川地震发生后,当地政府正在建设银洞子沟沉积扇侧的安置点,届时将有56个家庭和228人。为政府提供准确的预警临界值及可靠的技术支撑显得至关重要。泥石流坡面物源启动为典型的“水土耦合”作用,综合国内外研究现状及成果表明仅依靠降雨阈值这一单一指标进行泥石流预警的模型未能充分考虑堆积体形态、坡度、土体性质变化等特性以及泥石流的力学启动机理,因此在一定程度上制约了泥石流预警的准确性。针对降雨是震后坡面物源启动并转化为泥石流的主要激发要素,分别开展了大型物理模型试验及实时多参数预警模型研究,主要研究内容如下:  1.为进一步探明银洞子沟物源区坡面物源启动机理与降雨的相关性,在进行详细的现场考察与工程勘察工作后选取了典型模型体,并采用20余组人工降雨物理试验方法将降雨强度与坡度设为控制变量,研究了4种坡型(32°,34°,37°,42°),5种雨强(60mm/h,90mm/h,120mm/h,150mm/h,and180mm/h)条件下,坡面松散物源的失稳机制及破坏模式。另外,试验中运用了先进的人工降雨控制系统和数据采集系统,其中,孔隙水压力传感器,体积含水量传感器以及地表倾斜仪在降雨过程中监测了土体内物理力学参数变化与地表变形的响应关系。  2.试验现象首先揭示了在降雨条件下,坡面物源启动的破坏模式:初始浸润阶段—蠕移阶段—整体失稳—产流冲蚀效应产生及细颗粒迁移侵蚀阶段—土体溜滑—坡面物源转化为泥石流体并阵性爆发。试验数据结果分析了孔隙水压力的变化受降雨雨强与堆积体坡度的双重控制,发生失稳破坏是土体往往不饱和(26.1%),土体发生破坏时由于颗粒重组体积含水率的变化趋势线中会有“小突起”现象,摄像机可确定变形发生的现象及坡体破坏的时间点,而地表倾斜仪则精准的测定了测点位置表层土体的倾斜变形量,地表倾斜仪的变坏与坡体破坏阶段相吻合。  3.基于试验发生破坏的临界雨量,建立了银洞子沟传统I-D预警模型。之后提炼可靠预警参数(坡度G,深部体积含水率M),通过数学回归分析方法并采用Exponential模型,得出IGD、IGM多参数新型预警判别式,实现了传统I-D模型的有效修正并具一定可靠性和实用价值。
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