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不同开孔率拦挡坝对泥石流的物质和能量调控效果试验研究

泥石流；拦挡坝；开孔率；土水参数；调控效果

拦挡坝开孔率的布设一直是泥石流防治工程中的难点，是否布设？如何布设？调控效果如何？上述问题学界目前尚无明确回答。为对不同开孔率拦挡坝对泥石流的调控效果进行定量研究，本文基于对甘肃文县地区24条泥石流沟道中布设的67道拦挡坝野外调查数据，初步了解真实场景下不同开孔率拦挡坝的坝后淤积效果及坝体自身运行状况。在此基础上，利用室内水槽设计了5种不同开孔率拦挡坝（开孔率在2.1~10.4%之间），通过分析泥石流与不同拦挡坝相互作用过程中，泥石流体积含水率、孔隙水压力、坝后淤积体质量与颗粒级配变化规律，从能量和物质两方面研究了不同开孔率对泥石流的调控效果。结果表明：1）随拦挡坝开孔率增大，坝后淤积体的体积含水率和孔隙水压力峰值整体呈先下降后稳定的变化趋势，当开孔率增大到6.3%时土水参数达到稳定值，再增大开孔率对泥石流土水参数影响不大；2）不同开孔率拦挡坝均具有良好的“拦粗排细”效果，坝后淤积物颗粒粒径平均粗化了2.65倍，且粗化主要是通过增大2~5mm区间颗粒占比实现。其中，Dam-Ⅱ（开孔率4.2%）粗化程度最大，为2.9倍；3）开孔率4.2~6.3%为泥石流调控效果较优区间，其中Dam-Ⅱ（开孔率4.2%）对泥石流的能量和物质调控效果双优，为较优选择，但对坝体自身强度要求较高。以上结论为泥石流防治工程的结构设计提供了理论依据，对泥石流灾害精细化调控具有重要的指导意义。