约束条件下泥石流停淤特征与均衡停淤方法研究

Debris flow deposition engineering is acting an essential and significant role in the prevention and mitigation project of debris flow, but it has not been systematically investigated so far, especially in the aspect of quantitative determination of design specifications on equilibrium deposition. This proposal will focus on the research of deposition characteristics analysis and equilibrium deposition approach of debris flow under certain constraint conditions, such as terrain, existing mitigation countermeasures and other infrastructures, using field survey, laboratory model experiments and numerical simulations. This project will also primarily discuss: 1) the deposition pattern of debris flow under the constraint of valley front terrain; 2) the influence of existing debris flow countermeasures on the deposition characteristics; 3) computation model and design specifications of debris flow siltation field under constraint condition of existing structures; 4) the design approach of equilibrium siltation of debris flow deposition field. The innovation of this project includes significantly improving the quantitative design level and establishing a complete design method of balanced siltation for debris flow deposition field. This project will provide technical support and insights for the quantitative design and application of silting field in the debris flow prevention and mitigation project.

泥石流停淤工程作为防治工程体系中的一类主体工程，目前尚未开展系统性的研究，特别是缺乏泥石流均衡停淤措施和停淤工程设计参数的定量化计算方法。本项目拟通过野外考察、模拟试验和数值模拟相结合的研究方法，开展在地形、防治工程、既有建筑物等约束条件下泥石流停淤特征与均衡停淤方法研究，分析沟口地形约束条件下的泥石流停淤堆积特性，探讨不同防治工程结构体的约束条件对泥石流停淤堆积的影响特征，在综合分析两者的基础上，建立既有建筑物约束条件下泥石流停淤场的设计参数计算方法，提出泥石流停淤场均衡停淤的设计方法。本项目的创新之处在于将基于经验设计的思路提高至定量化的设计水平，建立一套较为完整的泥石流停淤工程均衡停淤的设计方法。通过本项目的研究，能够为泥石流防治工程中停淤工程的定量化设计和工程应用提供关键技术支撑。

停淤工程是泥石流综合防治体系中应用较为广泛的一类主体工程，本项目通过野外考察发现并总结了目前泥石流停淤工程运行中存在的问题。针对泥石流停淤工程缺乏分流措施，导致停淤空间无法高效合理利用等问题，开展了约束条件下泥石流停淤特征与均衡停淤方法试验研究，研究探讨了地形约束条件、防治工程约束条件和建筑物约束条件下的泥石流停淤特征，试验结果表明：（1）在自然堆积条件下，不同类型泥石流的堆积形态差异较大。随着坡度的增加，粘性泥石流沿主流线的最大堆积厚度呈现出逐渐增加的趋势，堆积扇的坡度逐渐减缓；稀性泥石流的堆积厚度整体则较为平缓。（2）在挡墙约束条件下，停淤挡墙在不同位置处时泥石流的堆积形态差异较大。随着坡度的增加，泥石流的堆积厚度基本呈逐渐增加的趋势。经过挡墙约束后，粘性泥石流最大堆积厚度与堆积长度之比基本上随着坡度的增加而增加。（3）在相同挡墙位置处，泥石流的最大冲起爬高随坡度的增加而增加；随着泥石流容重的减小，泥石流的冲起爬高呈增大趋势。稀性泥石流的冲起爬高远大于粘性泥石流的冲起爬高。通过非线性拟合综合考虑泥石流性质、挡墙位置等因素，得出了约束条件下停淤挡墙的高度计算方法。（4）分流结构显著影响着停淤场内泥石流的运动和堆积状态，分流结构可使粘性泥石流横向扩展，方形结构更利于粘性泥石流横向发展。分流结构可使泥石流在停淤场内快速停淤，减小了泥石流冲起爬高，起到减速、能量耗散的作用；平面形态呈方形结构的分流结构更能显著影响泥石流堆积形态和冲起爬高。（5）针对目前停淤场缺乏合理规划设计的情况，以泥石流均衡停淤为主要目的，初步提出了一种泥石流停淤场的平面布局规划设计方法。通过本项目的研究，基本掌握了挡墙约束条件下的泥石流堆积形态以及分流结构调控泥石流的运动和堆积特征，可以为泥石流停淤工程的定量化设计和工程设计提供技术参考。