坡面泥石流精细演化机制研究

针对公路沿线、矿山及山区城镇的坡面泥石流，室内试验、理论分析和现场调研及观测相结合，采用高等土力学、断裂力学、流体力学、渗流力学等多学科理论，以"坡面泥石流形成过程地貌学描述"和"模型试验土体物理力学参数测试"研究为基础，通过"坡面泥石流模型试验"，系统实施坡面泥石流精细演化机制研究。通过解决"改造数控降雨装置"和"坡面泥石流精细量测方法"两个关键问题：分析边坡表面土体座滑倾倒翻转搅拌机制：以边坡表面微型滑坡出现时间和群发性特征为标度，揭示边坡表面泥石流出现部位及规模大小对降雨条件的响应关系：建立坡面泥石流土体强度衰减、局部滑动、整体流动和沉积的力学模型：定性分析与量化计算相结合，从泥石流形成、运动及沉积全过程揭示坡面泥石流精细演化机制。研究成果可显著推动泥石流学科发展，是有效甄别坡面泥石流产生部位、合理预测坡面泥石流致灾规模、实施坡面泥石流防灾减灾的科学依据。

本项目针对公路沿线、矿山及山区城镇的坡面泥石流，采用现场观测、模型试验和理论分析等研究手段，从地貌演化观点出发，将坡面泥石流演化模式概化为三类，即顶部刮铲演化模式、溯源挖掘演化模式和局部饱和孕滑演化模式，并提出了坡面泥石流每种模式的四阶段演化过程。为了全面实施坡面泥石流模型试验，进行了试验土体物理力学参数测试、土体入渗特性试验及土体断裂韧度测试等基础性研究工作；研制了精密数控降雨装置并获得国家专利技术，用以控制降雨量，通过更换不同孔径喷头来模拟不同降雨强度的情况，该装置有力支撑了坡面泥石流试验研究；拟定了不同边坡坡角、试验土体不同土石比、前期降雨与集中强降雨组合工况，据此进行不同工况条件下的模型试验；基于模型试验结果，得到如下主要结论：.(1)分析了前期降雨和强降雨组合条件下土体内部质量含水量、体积含水量及孔隙水压力的变化规律。.(2)揭示了边坡表面泥石流出现部位及规模大小对降雨条件的响应关系，建立了坡面泥石流土体强度衰减、局部滑动、整体流动和沉积的力学模型，从泥石流形成、运动及沉积全过程揭示坡面泥石流精细演化机制。.（3）分析了坡面泥石流发育到坡脚的动力特性，揭示了泥石流体随着浆体粘度、固相比及颗粒粒径增大，其泥石流冲击力呈非线性增大，浆体粘度对泥石流冲击力影响明显，揭示了级配固相颗粒在泥石流浆体内的沉降规律。.(4)分析了坡面泥石流沉积物流变固结特性。.研究成果显著推动泥石流学科的发展，是有效甄别坡面泥石流产生部位，合理预测坡面泥石流致灾规模，实施坡面泥石流防灾减灾的科学依据。阶段性成果“西部山区公路泥石流与山洪灾害防治关键支撑技术”于2012年12月25日通过了重庆市科委组织的成果鉴定，成果总体达到国际先进水平，部分达到国际领先水平，获得2013年度、中国水土保持学会科学技术奖一等奖、重庆市科技进步二等奖；授权“采用承载伞实现泥石流淤埋路段交通应急通行的方法”和“一种自动控制降雨装置及其使用方法”两项国家发明专利；出版《公路泥石流防治工程技术指南》专著（科学出版社，2012年）；发表论文36篇，其中EI收录15篇，其余发表在中文核心期刊上；参加国内会议7次，国际会议3次；培养毕业博士研究生3名、硕士研究生5名，课题组有1人晋升教授、2人晋升副教授。.总之，该项目严格按照计划任务书实施相关研究，全面完成了其相关研究指标，研究成果总体达国际先进水平。