| 题名 | 典型生物工程与岩土工程泥砂拦截优化配置试验研究 |
| 作者 | 陈文乐 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王道杰 |
| 关键词 | 植被过滤带 生态-岩土工程 拦砂 优化配置 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | Experiment Study on optimal allocation of typical bioengineering and geotechnical engineering in sediment contro |
| 学位专业 | 建筑与土木工程 |
| 英文摘要 | 生物工程和岩土工程是泥石流灾害防治的两大重要措施，将生物工程和岩土工程相结合进行泥石流灾害治理，是目前泥石流防治领域学科发展的重要方向。本文以植被过滤带为生物工程，以梳齿坝为岩土工程，通过野外考察和室内水槽模拟试验，来探讨不同布置参数（株距、行距）对植被过滤带拦砂效益的影响，分析植被过滤带和梳齿坝之间不同搭配模式对拦砂效益的影响，构建了“植被过滤带+梳齿坝”生态-岩土工程从整体到局部的优化配置模式。主要研究成果如下：（1）以云南东川蒋家沟为研究区域，调查了流域内典型乔木（新银合欢）、灌木（马桑）、草本（扭黄茅）等植被的地表形态特征参数。同时还对植被拦砂实例进行调查分析，发现植被可发挥显著的拦砂作用：灌草植被拦截粘性泥石流时，可增大流路上的地表粗糙度，促使粘性泥石流停淤，但同时易被粘性泥石流淤埋；灌草植被拦截稀性泥石流时，具有较好的泥砂拦截和水石分离效果。乔木主要通过削减泥石流的流速来促使泥砂停淤，且沟床上的乔木被严重淤埋。（2）在乔木过滤带布置参数（株距、行距）对拦砂效益的影响研究中发现，无论对于稀性泥石流还是粘性泥石流，随着乔木过滤带株距、行距的增大，流量削减率、流速削减率和泥砂拦截率均逐渐减小，而重度和粒径分布变化不大。选取流速削减和泥砂拦截为关键指标，建立了考虑多种因素的流速削减方程和泥砂拦截方程。 （3）在灌木过滤带布置参数（株距、行距）对拦砂效益的影响研究中发现，对于稀性泥石流，灌木过滤带株距增大，其各项拦砂效益指标均逐渐减弱；行距增大，流速削减率和流量削减率均逐渐减小，重度削减率和泥砂拦截率均先增大后减小，粒径调节几乎不变。对于粘性泥石流，株距增大，其流量削减、流速削减和泥砂拦截作用均逐渐减弱，重度削减和粒径调节变化不大；行距增大，流量削减率、流速削减率和泥砂拦截率均先增大后减小，重度削减和粒径调节变化不大；选取流速削减和泥砂拦截为关键指标，建立了考虑多种因素的流速削减方程和泥砂拦截方程。（4）在植被过滤带和梳齿坝之间不同搭配方式的拦砂效益研究中发现，对于稀性泥石流，水槽上游无梳齿坝时，“灌草”模式的各项拦砂效益指标均最好；水槽上游增设梳齿坝后，“灌草坝”模式的各项拦砂效益指标均最好；但增设梳齿坝后各项拦砂效益指标增加并不显著，可能是由于梳齿坝开口宽度较大所致。对于粘性泥石流，水槽上游无梳齿坝时，“乔灌”模式的流量削减、流速削减、泥砂拦截的作用最强，重度削减和粒径调节方面，各配置模式相差不大且作用均较弱；水槽上游增设梳齿坝后，“乔灌坝”模式的各项拦砂效益指标均最强；增设梳齿坝后各种拦砂效益均显著增加。（5）构建了针对不同性质泥石流的“生态-岩土”工程优化配置模式。对于稀性泥石流，整体上最优的“生态-岩土”配置模式为“灌草坝”模式；其中灌木过滤带的最优布置参数可通过流速削减方程和泥砂拦截方程求得，以研究区当地的典型灌木植物马桑为例，计算得到的最优株距为1.5m，最优行距为4m，而其他与马桑生理特性及地表形态特征不同的灌木种类，需另外进行计算；草本过滤带需将草本植物密植在相应区域，并使最终的植被盖度尽可能大；梳齿坝则以具有一定的拦砂能力为原则，参考相关文献进行尺寸设计。对于粘性泥石流，整体上最优的“生态-岩土”配置模式为“乔灌坝”模式；其中乔木过滤带和灌木过滤带的最优布置参数均可通过流速削减方程和泥砂拦截方程求得，以研究区当地的典型乔木植物新银合欢和灌木植物马桑为例，计算得到的乔木过滤带最优株距为3m，最优行距为4m，灌木过滤带最优株距为1.5m，最优行距为5m，而其他与新银合欢、马桑生理特性及地表形态特征不同的乔木、灌木种类，需另外进行计算；梳齿坝以流速削减为主、泥砂拦截为辅的原则，参考相关文献进行尺寸设计。以上两种配置模式中，梳齿坝均布置在沟谷的泥石流形成区和流通区来发挥骨干拦砂作用，植被过滤带均布置于流通区下游以及堆积区。不可单独使用植被过滤带来防治泥石流，且该配置模式不适用于泥石流暴发频率较高的泥石流沟谷。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 158 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/55010]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈文乐. 典型生物工程与岩土工程泥砂拦截优化配置试验研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
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