(1Laboratorio Nacional Profesional de Prevención y Control de Peligros Geológicos, Universidad Tecnológica de Chengdu, Chengdu, Sichuan, 610059; Instituto de Métodos de Tecnología Geológica de Ingeniería Hidrogeológica, Servicio Geológico de China, Baoding, Hebei, 071051 ; Instituto de Geología Ambiental Ecológica de la Región Autónoma del Tíbet, Lhasa, Tíbet, 850000)
Hay tres zanjas de flujo de escombros de lluvia en el condado de Gongjue de la Región Autónoma del Tíbet: la zanja Zhelongwa I, la zanja Zhelongwa II y la zanja Linkexin. afectar la seguridad de los residentes. Con base en la teoría de la resistencia del suelo no saturado y estudiando su mecanismo de causa, se recomienda utilizar el modelo de línea de lluvia crítica para establecer un modelo de predicción del flujo de escombros en el condado de Gongjue y realizar un análisis de ajuste basado en los datos de lluvia en la segunda zanja de Zhelongwa 20 días antes de que estallara el flujo de escombros. Los resultados muestran que los dos modelos críticos de líneas de lluvia propuestos en este artículo son adecuados para establecer un modelo de pronóstico de flujo de escombros de tipo lluvia en el condado de Gongjue.
Flujo de debs; succión de matriz de suelo no saturado; modelo de predicción
1 Introducción
El condado de Gongjue está ubicado en la parte oriental de la meseta Qinghai-Tíbet, en el Sección norte de las montañas Hengduan. Según el mapa de división del relieve tibetano, el condado pertenece a la zona montañosa y de valles con grandes ondulaciones en el este del Tíbet. La pendiente del terreno en el condado es generalmente de 30 a 40°, y algunas superan los 60°. El área del cañón alpino ubicada en el sureste del condado, que representa aproximadamente el 34,4% del área total del condado, es un área de alto riesgo de desastres geológicos como deslizamientos de tierra.
Un flujo de escombros es un torrente intermitente que transporta grandes cantidades de tierra y escombros. ②La distribución de partículas sólidas por debajo de 0,01 mm es consistente y la distribución por encima de 0,01 mm es diferente. El flujo de escombros de nivel II en Zhelongwa tiene un contenido de material más alto, de 3 a 10 mm, mientras que el flujo de escombros de Kexilin tiene un contenido de material más alto, de 0,1 a 0,5 mm. Esto se debe principalmente a las diferentes fuentes de materiales.
Figura 2 Curva de distribución de partículas sólidas del flujo de escombros de Muxie
1. Flujo de escombros de Zhelongwa tipo II 2. Flujo de escombros de Zhelongwa tipo I 3. Flujo de escombros de Lin Kexin
2.3 Condiciones meteorológicas e hidrológicas
El factor desencadenante del flujo de escombros en el condado de Gongjue es la precipitación atmosférica, que es un flujo de escombros de tipo lluvia. El condado de Gongjue y el condado adyacente de Mangkang tienen un clima templado húmedo y semihúmedo de meseta. La precipitación anual es de 450 ~ 570 mm, con poca lluvia y distintas estaciones seca y húmeda. Las precipitaciones durante todo el año se concentran principalmente de junio a septiembre, en su mayoría tormentas y fuertes lluvias, y hay muchas condiciones climáticas desastrosas. La temperatura promedio en el condado de Gongjue es de 5,2 ℃ y la temperatura promedio en el condado de Mangkang es de 3,5 ℃.
El condado de Gongjue está situado en la orilla occidental del río Jinsha. El río Jinsha corre de norte a sur a lo largo del límite oriental del condado de Gongjue, con un caudal de unos 80 kilómetros. Los ríos dentro del territorio incluyen Requ, Xiequ, Dongqu, Guoqu, río Luomai, garganta de Burequ, Masinong, Axiangxi, etc., todos los cuales pertenecen al tramo medio y superior del río Jinsha. La cuenca del río está ubicada en la parte central del condado de Gongjue y se distribuye básicamente en dirección norte-sur. Entre ellas, la cuenca del río Requ se encuentra principalmente en la parte occidental de la cuenca, mientras que las cuencas de drenaje Xiequ, Dongqu, Guoqu, He, Burequ Gorge, Masinonghe y otras están ubicadas en la parte oriental de la cuenca. El río más grande de China es el río Requ, que desemboca en el río Jinsha de norte a este. El caudal en el área es de aproximadamente 110 km, el descenso específico promedio de todo el río es de 4 ‰ ~ 7 ‰ y el ancho del río es de aproximadamente 50 ~ 70 m. Los sistemas de agua secundarios a ambos lados del río son dendríticos. Maqu, Naqu y Quze son sus afluentes. La mayoría de los flujos de escombros en el condado de Gongjue ocurren en el valle de Xiawan, y Luoqu es un sistema de agua afluente aguas arriba de Xiawan.
Las condiciones hidrológicas de la cuenca se ven afectadas por la ubicación geográfica, la topografía y factores meteorológicos. Los cambios son muy complejos y varían mucho de un lugar a otro. La escorrentía en esta cuenca proviene principalmente de las precipitaciones, aunque también representan una proporción considerable las aguas subterráneas y el deshielo. El cambio anual en la escorrentía es de aproximadamente 65.438 ± 0,5 veces. A lo largo del año, hay estaciones secas y lluviosas, ya que las estaciones secas y lluviosas cambian. Las inundaciones son causadas principalmente por precipitaciones y el flujo máximo no es grande. En términos generales, las inundaciones y el estiaje cambian aproximadamente 10 veces.
3 Análisis del mecanismo de formación del flujo de detritos de lluvia
La formación del flujo de detritos de lluvia se puede dividir en dos etapas [2]: En la primera etapa, los materiales sólidos sueltos insaturados debido al aumento continuo del contenido de agua aumenta hasta alcanzar la saturación y pierde resistencia al corte debido a la reducción de la succión de la matriz en la segunda etapa, debido al aumento continuo del contenido de agua, aumenta la presión del agua de la materia suelta sólida saturada, la efectiva; la tensión disminuye y se produce un flujo de escombros.
3.1 Etapa de pérdida de resistencia al corte causada por succión matricial
Según (Fredlund et al., 1978) la fórmula de resistencia al corte del suelo insaturado [5], la resistencia al corte de materiales sueltos sólidos insaturados La resistencia al corte se puede expresar como:
Colección de métodos tecnológicos de investigación y monitoreo de peligros geológicos
En la fórmula: C ' es la cohesión efectiva σf es la tensión normal total sobre el; superficie de falla durante la falla; u es la presión del gas de poro en la superficie de falla cuando ocurre la falla; Uw es la presión del agua de poro en la superficie de falla durante el proceso de falla; superficie de falla; (ua-uw)f es la succión de la matriz sobre la superficie de falla; φ′ es el ángulo de fricción interna de los materiales sólidos sueltos; φb es la velocidad a la que aumenta la resistencia al corte con la succión de la matriz; . La ley de cambio con el contenido de agua es [2]:
Colección de métodos tecnológicos de investigación y monitoreo de peligros geológicos
donde: (ua-uw)r es la succión matricial correspondiente a la contenido de agua residual θr; (ua-uw)b es el valor de entrada de aire del suelo; θ es el contenido de agua en volumen; θs es el contenido de agua en volumen saturado.
La ecuación (2) muestra que en la primera etapa de formación de flujo de detritos de tipo lluvia, debido a la infiltración de la lluvia, el contenido de humedad θ de los materiales sólidos sueltos insaturados continúa aumentando y la succión matricial (ua- uw) continúa disminuyendo, lo que resulta en una pérdida de resistencia al corte debido a la succión matricial.
3.2 El aumento de la presión del agua de poro conduce a una disminución de la tensión efectiva y de la etapa de flujo.
Después de una cierta duración de la lluvia, el contenido de agua de los materiales sólidos sueltos insaturados aumenta. Después de alcanzar la saturación, el contenido de agua continúa aumentando, lo que generará una presión de agua de poro uw en los materiales sólidos sueltos. Cuanta más agua haya en un material sólido suelto, mayor será la presión del agua de poro uw y menor su resistencia al corte. La relación entre la resistencia al corte de materiales sólidos sueltos saturados y la presión del agua de poro es la siguiente:
Colección de métodos técnicos de investigación y seguimiento de peligros geológicos
Donde: C' es la cohesión efectiva de materiales sólidos sueltos; φ′ es el ángulo de fricción interna efectiva del material sólido suelto.
Cuando el material sólido suelto alcanza la saturación, entra en la segunda etapa de formación de flujo de detritos tipo lluvia. En este momento, la fórmula discriminante [6] para determinar si el material suelto sólido saturado está activado es:
Colección de métodos tecnológicos de investigación y monitoreo de peligros geológicos
En la fórmula: a es el material sólido suelto y el lecho de la zanja El área de contacto; g es el peso del material sólido suelto; t es el empuje del flujo, que es un factor secundario; β es la pendiente del fondo del lecho de la zanja; del material sólido suelto. Cuando K = 1, el material sólido suelto saturado está en el estado límite. Cuando k > 1, la materia suelta sólida saturada está en un estado estable y no se producirá flujo de escombros; cuando k < 1, la materia suelta sólida saturada está en un estado inestable y se producirá flujo de escombros.
La fórmula (4) refleja el mecanismo mecánico por el cual se inicia el flujo de escombros de tipo lluvia. En esta etapa, una lluvia de corta duración con cierta intensidad impide que el agua que ha penetrado en los objetos sólidos sueltos se descargue. La confluencia de lluvia circundante activará los objetos sólidos sueltos y formará un flujo de escombros.
4 Discusión sobre el modelo de pronóstico de flujo de escombros en el condado de Gongjue
La ocurrencia de flujo de escombros de tipo lluvia es el resultado de la interacción entre la lluvia efectiva en la etapa inicial y la lluvia de una cierta intensidad en un corto periodo de tiempo. En la primera etapa de su formación, el aumento del contenido de humedad de la materia sólida suelta está estrechamente relacionado con la precipitación efectiva en el período anterior. En la segunda etapa juegan un papel dominante las precipitaciones de corta duración y cierta intensidad. Del análisis del mecanismo de formación del flujo de detritos de tipo lluvia, se puede ver que cuanto mayor (menor) es la lluvia efectiva en la etapa temprana, menor (mayor) es el índice de lluvia de corta duración requerido para la formación de flujos de detritos de tipo lluvia. el flujo de escombros.
Precipitación efectiva anterior [7] P. Está compuesta por la lluvia H24 del día y la lluvia restante Pt de los días anteriores (existente en materia sólida). Entre ellos: r es el coeficiente de disminución; n es el período de influencia de las precipitaciones anteriores. El coeficiente de atenuación y el período de influencia de la lluvia anterior deben determinarse en función de las condiciones climáticas locales y de la composición litología, contenido de humedad, porosidad, coeficiente de permeabilidad, succión de la matriz, etc. de los materiales sólidos sueltos.
Recopilación de Métodos Técnicos de Investigación y Monitoreo de Peligros Geológicos
Los indicadores de lluvia de corta duración y cierta intensidad generalmente utilizan lluvia de 10 minutos, lluvia de 60 minutos, lluvia de 24 horas, etc. .
El modelo de línea de lluvia crítica se utiliza principalmente para la predicción de flujos de escombros de tipo lluvia. Sin embargo, las diferencias en las características de los barrancos de flujo de escombros y las propiedades mecánicas de los suelos insaturados con materiales sólidos sueltos pueden conducir a diferencias en los marcos de los modelos predictivos. El modelo Jiangjiagou [8] es un modelo de línea de lluvia crítica y su marco de modelo se puede escribir de la siguiente manera:
Colección de métodos tecnológicos de monitoreo e investigación de peligros geológicos
Entre ellos: breve -índice de duración de las precipitaciones R1. Precipitación en 10 minutos (mm); precipitación efectiva p es la precipitación efectiva en 20 días, y el coeficiente de reducción R = 0,8a, b y m son los parámetros de ajuste. En el modelo de Jiangjiagou, la línea de lluvia crítica del flujo de escombros es a = 5,5, b = 0,098, m = 0,5 mm; la línea de lluvia del flujo de escombros es a = 6,9, b = 0,123, m = 1,0 mm. Tiempo de espera del pronóstico del modelo de Jiangjiagou 17. ~ 20 minutos, tasa de precisión 86, falsos positivos 3, falsos negativos 11.
Otro marco clave del modelo de línea de lluvia es:
Proceedings of Geological Hazard Investigation and Monitoring Technology Methods
Donde: A y B son parámetros de ajuste. Se observaron flujos de escombros en el vertedero [9] y la línea de lluvia consistió en los segmentos EF y FG. Para la sección EF, a = 293,33, b = -5,93; para la sección FG: A = 76,46, B = -0,48; en el punto de conexión f de las dos curvas, r10 = 1,44 mm, p = 39,79 mm.
Tomando como ejemplo el flujo de escombros tipo II de Zhelongwa en el condado de Gongjue, se discutieron los dos modelos de predicción anteriores (fórmula (6) y fórmula (7)). El flujo de escombros de nivel II de Zhelongwa estalló el 20 de junio de 2003. Las precipitaciones en los 20 días anteriores al brote del flujo de escombros de Zhelongwa se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Precipitación diaria del 1 al 20 de junio de 2003
De acuerdo con la Tabla 1, utilice la fórmula (5) para obtener la precipitación efectiva p en el período inicial. 30,57 mm Utilice la ecuación (6) para calcular que la precipitación crítica de 10 minutos r10 del flujo de escombros sea de 2,33 mm. Utilice la ecuación (7) para calcular que la precipitación crítica de 10 minutos R10 del flujo de escombros sea de 3,67 mm. Sin embargo, la precipitación máxima anual promedio de 10 minutos en esta área es de 6,0 mm [10], que es mayor que la precipitación crítica de 10 minutos r10 derivada de las fórmulas (6) y (7), y se encuentra en un estado crítico de escombros. fluir. Esto está en consonancia con la situación real. La discusión anterior muestra que estos dos marcos críticos de modelos de líneas de lluvia se pueden utilizar para establecer un modelo de predicción para brotes de flujo de escombros de tipo lluvia en el condado de Gongjue.
5 Conclusión
Desde la perspectiva de los factores inductores, los flujos de escombros en el condado de Gongjue, Región Autónoma del Tíbet, son principalmente flujos de escombros de tipo lluvia. Los dos modelos críticos de líneas de lluvia propuestos en este artículo son adecuados para establecer un modelo de predicción de brotes de flujo de escombros de tipo lluvia en el condado de Gongjue.
Para los flujos de escombros de tipo lluvia, cuando se cumplen las condiciones materiales (materiales sólidos sueltos acumulados en una determinada pendiente, una determinada zona de captación, etc.), la aparición de flujos de escombros es una combinación de medidas tempranas efectivas. Se producen lluvias intensas y de corta duración. Según la teoría de la resistencia del suelo insaturado, la formación del flujo de escombros de lluvia se puede dividir en dos etapas: la primera etapa es la pérdida de resistencia al corte causada por la succión de la matriz, que está relacionada con la lluvia efectiva en el período anterior. La segunda etapa, la etapa de ocurrencia de flujo de escombros, está relacionada con fuertes lluvias de corto plazo.
La ventaja de aplicar los principios de la mecánica de suelos insaturados para estudiar el mecanismo de formación de flujos de escombros de tipo lluvia es que al estudiar las propiedades físicas y mecánicas insaturadas de los materiales sólidos sueltos que pueden formar flujos de escombros, es posible Es posible predecir de antemano si se producirán flujos de escombros en condiciones de lluvia, así como las condiciones y patrones de lluvia requeridos, proporcionando así una base teórica más sólida para predecir con precisión los flujos de escombros. El autor fortalecerá aún más la aplicación de esta teoría en el campo del flujo de escombros en futuras investigaciones.
Referencia
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