[發明專利]一種小流域溝道堆石體失穩的計算方法

在審

• 申請號: 201710333473.7
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN106951725A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 唐川;樂茂華;卜祥航;周偉;朱靜;李為樂;常鳴
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 趙凱

技術領域

本發明涉及到地質災害防治工程技術領域，尤其涉及一種小流域溝道堆石體失穩的計算方法。

背景技術

地震后，流域內發育的崩塌、滑坡為泥石流的活動提供了豐富的松散固體物質來源，使泥石流成為震后最為活躍的災害，泥石流頻發給災區重建和人民生活帶來嚴重威脅。在這些泥石流中，小流域泥石流往往因流域面積小，常被人們忽略或未引起足夠的重視，卻造成較大的災害損失。

小流域泥石流的動力過程是一個非常復雜的能量耗散過程，主要表現在這類泥石流的溝道內存在堵塞體，它起著類似于壩體的“攔沙蓄水”作用，從而使得溝道內物質積聚的勢能比一般型泥石流大得多。當溝道內堵塞體后的水深達到足夠使其潰決時，巨大的勢能轉換為強烈的水流動能，沖刷搬運溝道內固體物質，從而形成成災快、規模大、破壞力強的特殊泥石流。泥石流溝道內堵塞體的失穩在潰決型泥石流的動力過程中起著主導作用。

小流域中溝道堆石體失穩是一個復雜的水文、水力和地質現象，其作為一類特殊的巖土體系統，具有特定的物質組成、形成方式和結構特征，在降雨徑流和上游水流的侵蝕沖刷作用下，極易發生失穩潰決，對溝道造成突發性高強度洪水沖蝕，是小流域泥石流起動的重要條件。在汶川地震前，我國境內發生的潰決型泥石流大多分布在新疆和西藏地區，且多為冰湖潰決型泥石流；汶川地震后，震區某些泥石流溝道內形成的大型堆石體，在暴雨作用下，極易激發形成規模巨大、危險性高的潰決型泥石流。

然而，目前針對小流域中溝道堆石體失穩的判別還沒有較好的計算方法，現有的模型并不能很好地滿足對泥石流動力過程中復雜特征的研究。

公開號為CN 104374894A，公開日為2015年02月25日的中國專利文獻公開了一種小流域不同地貌單元水蝕過程精細模擬試驗方法，其特征在于，其試驗方法步驟如下：1)形成與原型流域之間滿足系統相似性要求的水蝕過程精細模擬試驗的模型流域，并布置試驗裝置；首先按照試驗要求從野外取土，裝土1m不過篩，置于試驗土槽內打碎填裝、壓實并控制土壤干容重在1.42-1.59g/cm³；2)然后，填筑模型表層土，將取來的土過篩，分層充填、壓實并控制土壤容重；3)其次，選取較為完整的坡面，用白鐵皮格成1m寬坡面徑流小區，徑流小區旁架設用于觀測坡面水蝕過程的測橋；4)再次，在模型的上方安裝下噴式降雨器，以模擬不同時長、不同強度、不同降雨過程的降雨；在降雨器上懸掛三維激光掃描儀，用以定量觀測每次降雨前后流域地貌形態變化，計算每次降雨流域侵蝕量及其空間分布；5)最后，在流域主溝、支溝上方不同部位架設三角鐵支架，支架上安裝高速攝像機，高速攝像機通過網線和計算機相連，通過計算機管理軟件，采集溝道水流流速場；流域主溝溝口、支溝溝口分別安裝流量監測傳感器，自動監測支溝流量含沙量過程，與該儀器系統配套的數據采集器和計算機管理軟件可以實現流量過程的實時觀測，到此完成試驗裝置的布置；6)在人工模擬降雨實施之前向模型流域灑水，使表層土壤趨于飽和；打開懸掛在降雨器上的三維激光掃描儀，掃描降雨前的初始地形；將試驗區遮蓋并用固定于試驗區旁的雨量桶率定下噴式降雨器的設定雨強，用自計雨量計和雨量筒對降雨過程中的降雨強度、降雨量及降雨過程進行記錄；7)打開降雨器，降雨器以率定雨強進行連續降雨，從坡面產流開始計時，以3分鐘為時間間隔，在坡面觀測斷面處使用染色劑測量坡面流流速，使用鋼尺量測坡面徑流的流寬、流深和溝道發育情況；采用吸耳球法采集坡面徑流，通過烘干法計算對應時段的含沙量；8)支溝溝口流速含沙量采用流量監測傳感器，自動采集流量含沙量過程，主溝溝口流量、含沙量一方面采用流量監測傳感器，自動采集，另一方面對流量、含沙量進行人工取樣觀測，每間隔3分鐘取10s長時段的樣；9)溝道水流高速攝像機設定測量間隔同樣為3分鐘，溝道產流后，當與坡面流速測定時間同步時，每隔3分鐘，根據事先率定的雨強和示蹤粒子大小的關系，選擇設定雨強的示蹤粒子，將示蹤粒子通過圓管拋灑到溝道觀測斷面，在采集系統上點擊開始，采集溝道水流流速場；10)降雨結束后，再次打開三維掃描儀，掃描降雨后的地形，通過對降雨前后地形變化數據的對比分析，確定在降雨條件下，泥沙的侵蝕、搬運和沉積狀況及空間。

該專利文獻，通過控制不同的降雨強度和降雨過程，觀測不同地貌部位水流水動力學特征，進而實現不同立地條件、不同降雨條件下流域水土流失過程的模擬，但是，該實驗過程并未經過詳細的物理機制探討和嚴格的理論推導，僅是對實驗現象進行觀察和總結，難以適應實際工程需要。

發明內容