泥石流拦砂坝坝前沉积与坝基扬压力试验研究-山地学报.PDF

３６卷第２期２７１～２７９页 山　地　学　报 Ｖｏｌ３６，Ｎｏ２ｐｐ２７１～２７９ ２０１８年０４月 　　　　　　　　　　　　　　ＭＯＵＮＴＡＩＮＲＥＳＥＡＲＣＨ　　　　　　　　　　　 　 　 Ａｐｒ，２０１８ 文章编号：１００８－２７８６－（２０１８）２－２７１－０９ ＤＯＩ：１０１６０８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００８－２７８６．０００３２２ 泥石流拦砂坝坝前沉积与坝基扬压力实验研究 １，２，３ １，２ １，２ １，２，３ １，２，３ 张 莉 ，游 勇 ，柳金峰 ，孙 昊 ，刘道川 （１．中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，成都６１００４１； ２．中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都６１００４１；３．中国科学院大学，北京 １０００４９） 摘　要：泥石流在坝前堆积固结的过程发生泥石流浆体中固体颗粒沉降和孔隙水压力消散，它直接影响了坝基扬 压力大小和变化，对坝体稳定性造成影响。本文通过自制实验模型装置模拟不同密度泥石流作用在坝前的沉积渗 透过程，观测不同密度泥石流坝前沉积特征和浆体细颗粒沉降速率，并通过水压传感器测得坝前沉积底部孔隙水 压力和坝基扬压力随沉积时间的变化过程，最后结合不同密度泥石流沉积特征分析了泥石流沉积过程对扬压力衰 减过程的影响。研究结果表明：稀性泥石流沉积过程中具有明显的颗粒分选性，且浆体细颗粒沉降速率与泥石流 密度表现出线性负相关性；泥石流沉积底部孔隙水压力随沉积时间呈指数衰减趋势，拟合指数函数系数与上部浆 体细颗粒沉降速率满足线性正相关性；沉积过程中坝基扬压力与坝前沉积底部孔隙水压力具有相同的对数衰减趋 势，两者呈线性正相关性。本研究着眼于拦砂坝扬压力产生机制，研究了泥石流坝前颗粒沉积和水力扩散过程对 坝基扬压力变化过程的影响，为拦砂坝扬压力计算提供了新的视角，具有一定的工程和理论意义。 关键词：泥石流；拦砂坝；颗粒沉降；孔隙水压力消散；扬压力 中图分类号：Ｐ６４２．２３　　　　　　　　文献标志码：Ａ 　　泥石流是一种由地表破碎岩土体与水混合形成 沉积特征与坝基扬压力对今后的拦砂坝工程设计具 ［１］ ９ ３ 的饱和流体 。大方量泥石流（最大达 １０ｍ）快 有一定的辅助和指导意义。 －１ 速流动（最快达１０ｍ·ｓ ）过程中对沟床和坡岸产 以往的研究大多关注泥石流自然沉积特征和固 生强烈的侵蚀，巨大的冲击力摧毁沿途建筑物和农 结过程中内部孔隙水压力或含水率等的变化。泥石 作物，造成严重的人员伤亡和经济损失［２，３］。通常 流自然沉积是在内、外部阻力作用下能量逐渐耗散 在泥石流流通区建设拦砂坝以减小泥石流流量、沟 最终停止运动的过程［４，５］，稀性泥石流沉积后粗颗 床纵坡和流速，从而达到控制泥石流的作用。泥石 粒停留在堆积扇上缘，细颗粒随浆体漫流至堆积扇 流在坝前运动受阻后沉积，其中水下渗入坝基土中 下缘，具有明显的纵向颗粒分选特征；粘性泥石流则 产生向上的扬压力，减小了坝体整体稳定性。泥石 表现为整体沉积形成垄岗地形，除个别大石块外不 流沉积过程中内部孔隙水压力逐渐消散，扬压力的 ［６，７］ ［８］ 具有明显的颗粒分选性 。据 Ｈａａｓ 等的研究， 大小及变化过程与坝前泥石流内部孔隙水压力消散 当粘粒含量大于２２％后，自然沉积过程不具有明显 过程紧密相关，而泥石流密度又是影响泥石流沉积 ［９，１０］