臺風(fēng)暴雨型泥石流啟動機(jī)理物理模型試驗(yàn)研究

摘要：臺風(fēng)暴雨型泥石流具有很高的突發(fā)性、群發(fā)性和破壞性，對這種特殊類型泥石流啟動機(jī)理的研究尤為重要。以“利奇馬”臺風(fēng)引發(fā)的安徽寧國抽水蓄能電站庫區(qū)泥石流災(zāi)害為典型案例，在現(xiàn)場勘探、調(diào)查、測試的基礎(chǔ)上，查明了泥石流溝谷特征、形成條件及物源分布；采用人工降雨物理模型試驗(yàn)方法，監(jiān)測降雨過程中土體孔隙水壓力、體積含水率、土壓力和侵蝕特征等指標(biāo)變化，研究了臺風(fēng)暴雨型泥石流的啟動機(jī)理。結(jié)果表明：① 臺風(fēng)暴雨型泥石流過程分為降雨入滲、超滲徑流、物源侵蝕堆積、短歷時(shí)強(qiáng)降雨啟動4個階段。② 臺風(fēng)暴雨型泥石流發(fā)生在淺層土體達(dá)到高含水率和高孔隙水壓力之后，需要前期一定的累積降雨。③ 較小雨強(qiáng)條件下溝谷產(chǎn)生稀性泥石流，降雨強(qiáng)度的陡增引起徑流強(qiáng)度及侵蝕作用急劇加強(qiáng)，大量固體物質(zhì)啟動，暴發(fā)的泥石流由稀性轉(zhuǎn)為黏性，溝口可見較大規(guī)模堆積扇。④ 整個溝谷均可見侵蝕溝道不同程度貫通分布，溝道侵蝕深度隨高程的降低呈現(xiàn)增大趨勢。研究結(jié)果可為臺風(fēng)暴雨型泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控提供參考。

關(guān) 鍵 詞：臺風(fēng)暴雨；泥石流；啟動機(jī)理；模型試驗(yàn)；安徽寧國抽水蓄能電站

中圖法分類號：P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.08.016

0 引 言

臺風(fēng)暴雨型泥石流的產(chǎn)生與臺風(fēng)引起的極端降雨關(guān)系密切^［1］，這類泥石流具有發(fā)生頻率低的特點(diǎn)，致使人們對其重視程度不夠，但暴發(fā)時(shí)由于其突然性和群發(fā)性往往會造成大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，因此對臺風(fēng)暴雨型泥石流進(jìn)行深入研究意義重大。

臺風(fēng)暴雨是一種特殊的雨型，許多學(xué)者^［2-6］對多地臺風(fēng)降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出臺風(fēng)暴雨具有過程雨量大、極端雨強(qiáng)大、呈單峰型變化、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)。臺風(fēng)暴雨的特殊性導(dǎo)致其誘發(fā)的泥石流呈現(xiàn)出不同于一般泥石流的災(zāi)害特征與機(jī)理。甘建軍等^［7］以杜家溝泥石流為例，總結(jié)出臺風(fēng)暴雨型泥石流的形成分為強(qiáng)降雨-崩滑體侵蝕-堵塞潰決3個階段。趙麗婭等^［8］總結(jié)出臺風(fēng)暴雨引起的礦山棄渣型泥石流為滑塌-堵塞-潰決的啟動模式。黃家華等^［9］通過現(xiàn)場調(diào)繪及室內(nèi)試驗(yàn)分析了臺風(fēng)暴雨條件下礦渣型泥石流的形成機(jī)制與動力特征。王一鳴^［10］分析總結(jié)出溫州市內(nèi)暴發(fā)的臺風(fēng)暴雨型泥石流具備低頻、群發(fā)和短時(shí)超強(qiáng)降雨下啟動的特征。胡富杭等^［11］研究臺風(fēng)暴雨型泥石流的易發(fā)性，得出流域面積較大時(shí)采用可拓灰色關(guān)聯(lián)法評價(jià)泥石流易發(fā)性結(jié)果與實(shí)際調(diào)查情況更加吻合。Ren等^［12］從地形、物源和誘發(fā)因素等方面分析了臺風(fēng)暴雨引起的某隧道泥石流的成災(zāi)機(jī)制，提出了對應(yīng)該類特殊災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)。

泥石流啟動機(jī)理的研究是其防治和預(yù)警預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場調(diào)查理論分析與物理模型試驗(yàn)均能有效研究泥石流的成因機(jī)制^［13-14］。嚴(yán)映峰等^［15］通過現(xiàn)場調(diào)查地形、物源、水源及堆積特征，結(jié)合遙感影像綜合分析張村溝泥石流的形成機(jī)制并預(yù)測其發(fā)展趨勢。Hu等^［16］通過水槽試驗(yàn)研究汶川震區(qū)泥石流的啟動機(jī)理和規(guī)模，發(fā)現(xiàn)不同坡度條件下泥石流的啟動機(jī)理具有明顯區(qū)別。Huo等^［17］設(shè)計(jì)沖刷試驗(yàn)研究泥石流的啟動機(jī)制，得出物源中粗顆粒群是受動量變化影響的關(guān)鍵特征。呂立群等^［18］進(jìn)行人工降雨泥石流啟動試驗(yàn)，推導(dǎo)出泥石流啟動的計(jì)算方法。劉世康等^［19］設(shè)計(jì)不同雨型下的震后泥石流啟動模型試驗(yàn)，結(jié)果表明不同雨型下泥石流啟動過程及破壞規(guī)模均不同。黃曉虎^［20］通過泥石流降雨啟動試驗(yàn)建立了泥石流早期預(yù)警模型。

以上研究成果從多角度研究了臺風(fēng)暴雨型泥石流的危害特征和形成機(jī)制，但對于該類泥石流啟動機(jī)理的研究仍較少。本文在總結(jié)臺風(fēng)暴雨和寧國抽水蓄能電站庫區(qū)內(nèi)臺風(fēng)暴雨型泥石流特征的基礎(chǔ)上，概化臺風(fēng)暴雨過程，設(shè)計(jì)泥石流物理模型試驗(yàn)，監(jiān)測試驗(yàn)中土體孔隙水壓力、體積含水率、土壓力和侵蝕特征等指標(biāo)變化，據(jù)此探究臺風(fēng)暴雨型泥石流災(zāi)害的啟動機(jī)理。

安徽寧國抽水蓄能電站所在區(qū)域?qū)贅?gòu)造剝蝕低山地貌，上水庫庫區(qū)內(nèi)青龍溝流域面積1.84 km²，主溝長2.86 km，支溝發(fā)育，溝源至溝口高差580 m，溝谷坡降203 ‰，流域內(nèi)植被多為喬木與竹子，覆蓋率高。主溝調(diào)查區(qū)段兩岸地勢較陡，坡度多在30°～50°。流域內(nèi)物源總量約185.34萬m³，物源類型包括溝道堆積物源、殘坡積物源、泥流積物源、崩坡積物源（圖1），其中不穩(wěn)定物源量約17.56萬m³。

在2019年8月10日臺風(fēng)引發(fā)的短歷時(shí)超強(qiáng)降雨下，青龍溝與庫區(qū)其余5條溝谷集群式暴發(fā)泥石流（圖2）。青龍溝泥石流致使當(dāng)?shù)鼐用褙?cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重，庫區(qū)工程受到嚴(yán)重干擾；調(diào)查表明，青龍溝泥石流為低頻泥石流。

分析可知，青龍溝泥石流具有典型臺風(fēng)暴雨型泥石流特征，因此以其為原型研究臺風(fēng)暴雨型泥石流啟動機(jī)理具有一定的代表性。

2 試驗(yàn)設(shè)備與設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

本次泥石流物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)主要由試驗(yàn)平臺、降雨系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，整體布置如圖3所示。模型箱頂部為多個降雨噴頭構(gòu)成的降雨系統(tǒng)，由水管串聯(lián)固定在鋼架上，在模型箱右側(cè)放置拍攝裝置及三維激光掃描儀，獲取模型試驗(yàn)前后變化特征數(shù)據(jù)方便后續(xù)分析。

含水率是泥石流啟動的關(guān)鍵因素之一^［21-22］，溝道內(nèi)不同部位物源的侵蝕堆積程度不同，在模型內(nèi)指定監(jiān)測點(diǎn)處埋設(shè)體積含水率、孔隙水壓力和土壓力傳感器，與外部數(shù)據(jù)采集儀器及電腦連接，分析臺風(fēng)暴雨泥石流試驗(yàn)中各監(jiān)測指標(biāo)的變化進(jìn)而分析泥石流啟動機(jī)理。

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中堆砌溝谷模型所用的土料均取自青龍溝溝源附近，并進(jìn)行了現(xiàn)場容重試驗(yàn)。

2.3 降雨過程設(shè)計(jì)

保持模型固有條件不變的情況下，通過改變試驗(yàn)過程中的降雨條件來實(shí)現(xiàn)臺風(fēng)暴雨工況下的泥石流試驗(yàn)。

實(shí)際臺風(fēng)暴雨過程總降雨量大且短歷時(shí)降雨強(qiáng)度大。受限于降雨系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)降雨強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)，因此考慮對降雨過程進(jìn)行概化設(shè)計(jì)，通過人工降雨進(jìn)行調(diào)節(jié)。降雨過程設(shè)計(jì)主要依據(jù)研究區(qū)2019年7、8、9月份的暴雨統(tǒng)計(jì)資料（圖4）。

對“利奇馬”臺風(fēng)期間的降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行概化處理，設(shè)計(jì)試驗(yàn)總時(shí)長60 min，10.5 mm/h雨強(qiáng)條件下持續(xù)降雨28 min，28～52 min雨強(qiáng)增加至16 mm/h，52～60 min雨強(qiáng)陡增至46 mm/h，人工降雨過程設(shè)計(jì)如圖5所示。

2.4 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

模型以青龍溝溝源附近的溝谷為原型，原溝道長約260 m，溝床坡降442 ‰，兩岸地形坡度約30°。考慮到實(shí)際模型箱尺寸，將模型幾何相似比定為1∶200，換算得設(shè)計(jì)模型長為130 cm，寬度與模型箱寬度一致為40 cm，溝谷后緣至模型箱底部高差70.5 cm，前緣至模型箱底部高差13.0 cm，溝床坡降及兩岸坡度與原型保持一致。中間溝道開挖深度為13 cm，模型堆砌過程中，先用土料填筑出模型框架，后在此基礎(chǔ)上開挖出設(shè)計(jì)溝道。

模型表面插上圖釘作為標(biāo)志點(diǎn)觀測表部土體產(chǎn)生的變形，模型內(nèi)部設(shè)置C1～C5共5個監(jiān)測點(diǎn)，每個監(jiān)測點(diǎn)處埋設(shè)孔隙水壓力、含水率及土壓力傳感器各1個。C1、C2、C5埋深5 cm，C3、C4埋設(shè)在C2正下方，埋深分別為15 cm和25 cm，溝谷模型設(shè)計(jì)圖及監(jiān)測點(diǎn)布置如圖6所示。試驗(yàn)開始前調(diào)試好傳感器與拍攝裝置，準(zhǔn)備土料回收設(shè)備。設(shè)備調(diào)試完成后，施加預(yù)先設(shè)計(jì)的人工降雨并同時(shí)開啟傳感器，通過拍攝裝置和肉眼觀測記錄模型溝谷的變形破壞程度。

3 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果

3.1 地表演化過程

初始階段，降雨快速入滲至土體中，在6 min 13 s時(shí)溝谷及兩岸岸坡出現(xiàn)表面徑流，試驗(yàn)中觀測到溝谷中后部岸坡出現(xiàn)3次滑塌現(xiàn)象（圖7）。初始降雨強(qiáng)度較小，產(chǎn)生的徑流僅能攜帶岸坡及溝道表層的細(xì)顆粒物質(zhì)，在水流作用下土顆粒向下產(chǎn)生躍移并在局部停滯累積。

在23 min 46 s時(shí)，觀測到溝道中前部暴發(fā)第1陣泥石流，流量較小，裹挾的土顆粒較少，水流略渾濁，屬小型稀性泥石流，在溝口堆積方量少，溝谷前部被沖刷侵蝕可見侵蝕溝道。岸坡部分土體被降雨沖刷攜帶，在中部溝道產(chǎn)生局部堆積堵塞現(xiàn)象，溝道變窄。隨著部分土體被降雨沖刷侵蝕帶走，在溝谷后部形成了侵蝕凹坑并伴有小型跌水的現(xiàn)象（圖8）。

在28 min時(shí)，調(diào)大雨強(qiáng)至16 mm/h，溝谷徑流增強(qiáng)，溝谷后部滑坡堆積體物質(zhì)部分被洪流裹挾向下運(yùn)動，可見溝道產(chǎn)生局部垮塌，不斷有物源被水流攜帶至前部溝道堆積。在32 min 23 s時(shí)，前部溝道堆積體在水流持續(xù)作用下部分潰決啟動，暴發(fā)第2陣泥石流，固體物質(zhì)含量不多，仍屬小型稀性泥石流。溝谷后部土體在降雨和泥石流的共同作用下侵蝕加劇，中前部的侵蝕溝道不斷拓寬變深，前部還可見新產(chǎn)生的細(xì)小侵蝕溝道（圖9）。

在52 min時(shí)，雨強(qiáng)陡增至46 mm/h，在短歷時(shí)的強(qiáng)降雨作用下，溝谷與岸坡的徑流及侵蝕急劇加強(qiáng)。原先后部殘留的滑坡體物質(zhì)和堆積在中前部溝道的物源在短時(shí)間內(nèi)被啟動，暴發(fā)了第3陣泥石流，觀測到此次泥石流中固體和黏粒物質(zhì)含量高，重度較高，屬黏性泥石流（圖10）。溝口處堆積形成了長約19.9 cm，寬約13.3 cm的泥石流堆積扇。在短時(shí)強(qiáng)降雨下，后部溝谷產(chǎn)生大量侵蝕凹坑，中部可見橫向掏蝕現(xiàn)象及局部岸坡垮塌，為泥石流提供大量物源。前部溝谷的侵蝕溝道進(jìn)一步擴(kuò)寬，后續(xù)溝道穩(wěn)定，水流逐漸清澈，溝道中部可見粗化層。

分別采集了試驗(yàn)前后溝谷模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立了溝谷的三維模型，可以看出沿著整個溝谷均可見侵蝕溝道斷續(xù)分布，溝谷前部溝道較原先寬度增大（圖11～12）。對三維模型進(jìn)行變形差分（圖13），得出變形量增加的部位主要是溝谷中后部的滑坡體堆積區(qū)（最大厚度約1.3 cm）和中下部溝道內(nèi)部分固體物質(zhì)堆積（最大厚度約1.6 cm）。

分析模型與差分結(jié)果，可以看出變形減小部位是滑坡發(fā)生的原始位置和溝谷內(nèi)受徑流及泥石流沖刷侵蝕的部位，這些部位的固體物質(zhì)大部分被侵蝕帶走，為泥石流提供了豐富的物源。

提取溝道剖面進(jìn)行差分計(jì)算量化分析侵蝕變形量。如剖面侵蝕差分圖所示（圖14），負(fù)值表示侵蝕，正值表示堆積?？梢娬麄€溝道剖面上均有不同程度的侵蝕量產(chǎn)生，侵蝕深度總體來看隨溝谷高程降低呈增大趨勢，前部最大侵蝕深度為2.22 cm，中部最大侵蝕深度為1.48 cm，后部最大侵蝕深度為1.13 cm。對試驗(yàn)前后三維模型的體積進(jìn)行差分計(jì)算，得到溝谷模型固體物質(zhì)侵蝕總量為1 493.97 cm³，前部侵蝕量占比17.2%，中部侵蝕量占比44.3%，后部侵蝕量占比38.5%。

3.2 體積含水率變化特征

圖15為監(jiān)測點(diǎn)C1～C5體積含水率傳感器數(shù)值變化曲線。模型堆制過程中土體壓實(shí)和固結(jié)不均勻，各監(jiān)測點(diǎn)初始含水率值也有所不等，在14%～15%之間。試驗(yàn)過程中，埋設(shè)在模型淺層的C1、C2、C5傳感器首先產(chǎn)生響應(yīng)，上升速率快且達(dá)到高含水率后基本保持穩(wěn)定，埋設(shè)較深的C3、C4傳感器數(shù)值變化較晚且上升速度較為緩慢。從變化曲線可看出：雨強(qiáng)從10.5 mm/h增至16.0 mm/h時(shí)，各監(jiān)測點(diǎn)含水率基本無變化；雨強(qiáng)從16.0 mm/h陡增到46.0 mm/h后，C1、C2、C5含水率數(shù)值出現(xiàn)一定增幅后逐漸穩(wěn)定，最終含水率分別為29.77%，27.62%和30.50%，C3、C4處含水率則無變化，表明淺表層土體含水率受短歷時(shí)強(qiáng)降雨的影響較大，隨降雨強(qiáng)度的陡增有所提升，而深層土體基本不受影響。

降雨過程中徑流的產(chǎn)生伴隨淺表層土體含水率的快速增高，試驗(yàn)中3次泥石流均在淺表層土體到達(dá)高含水率之后暴發(fā)。這表明泥石流的暴發(fā)需要前期一定的累積降雨，弱化淺層物源的力學(xué)性質(zhì)，使之接近參與泥石流運(yùn)動的臨界條件。

3.3 孔隙水壓力變化特征

圖16為模型內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)C1～C5處孔隙水壓力傳感器數(shù)值變化曲線，土體中基質(zhì)吸力的存在使得初始孔隙水壓力值均為負(fù)值。試驗(yàn)初始階段淺層土體孔隙水壓力陡增，雨水向溝口的不斷滲流最終導(dǎo)致了C5孔隙水壓力值最大，C2次之，C1處最小?？紫端畨毫υ鲋练逯底笥視r(shí)，溝谷及岸坡開始出現(xiàn)徑流現(xiàn)象，土體中部分排水通道在徑流逐漸穩(wěn)定的過程中聯(lián)通，可見C2、C5監(jiān)測點(diǎn)孔隙水壓力傳感器數(shù)值較峰值略有降低，而C1位于溝谷上部，受徑流影響小，孔隙水壓力到峰值后變化不大。雨強(qiáng)陡增到46 mm/h后，C1、C2、C5孔隙水壓力先突增后趨于穩(wěn)定，最終孔隙水壓力值分別為466.6，699.2，1 509.3 Pa，監(jiān)測點(diǎn)C3、C4在整個試驗(yàn)過程中孔隙水壓力值變化較微弱。

通過對比分析泥石流暴發(fā)時(shí)刻和土體孔隙水壓力變化過程，可以看出降雨強(qiáng)度的激增對深部土體孔隙水壓力影響微弱，泥石流在淺層土體孔隙水壓力達(dá)到峰值以后暴發(fā)，與淺層土體孔隙水壓力的變化關(guān)系密切。

試驗(yàn)中第3次泥石流是受短時(shí)強(qiáng)降雨的激發(fā)而產(chǎn)生，淺層土體內(nèi)孔隙水壓力在短歷時(shí)強(qiáng)降雨作用下快速上升，引起土體中有效應(yīng)力下降，土體力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步被弱化，同時(shí)徑流強(qiáng)度也在陡增，更多固體物質(zhì)容易被沖刷裹挾參與泥石流運(yùn)動，最終形成了流量較大的黏性泥石流。這表明孔隙水壓力的陡增使得淺層土體更容易啟動參與泥石流的運(yùn)動。

3.4 土壓力變化特征

圖17為監(jiān)測點(diǎn)處土壓力變化監(jiān)測結(jié)果，C1、C2、C5埋深較淺，土壓力顯示波動較劇烈，而C3、C4埋設(shè)于深部土壓力無變化，因此只展出C1、C2、C5土壓力變化過程曲線。

監(jiān)測點(diǎn)C1埋設(shè)位置較高，上覆土體部分被雨水沖刷侵蝕帶走，因此土壓力總體上呈現(xiàn)減小的趨勢，土壓力相對初始值減少約230 Pa。監(jiān)測點(diǎn)C2和C5在試驗(yàn)中土壓力波動強(qiáng)烈，能夠分析出較好的物源轉(zhuǎn)移對應(yīng)關(guān)系。第1陣泥石流暴發(fā)時(shí)，土壓力均變化不顯著。第2陣泥石流暴發(fā)時(shí)，C2處上覆土體被攜帶參與泥石流運(yùn)動，土壓力銳減；固體物質(zhì)向下運(yùn)動部分堆積在C5上方，土壓力值有明顯上升，該段固體物質(zhì)沖淤結(jié)合，土壓力后續(xù)逐漸減小。第3次泥石流暴發(fā)前，C2土壓力減小，C5土壓力增大，較多固體物質(zhì)堆積在此處，雨強(qiáng)陡增至46 mm/h時(shí)，強(qiáng)度陡增的徑流將堆積的物源啟動，參與泥石流運(yùn)動，可見C5在該時(shí)刻土壓力陡降，在徑流作用下C2土壓力呈現(xiàn)上升趨勢。

4 啟動機(jī)理分析

通過觀測試驗(yàn)中泥石流溝谷產(chǎn)生的現(xiàn)象和分析各傳感器變化過程，可將臺風(fēng)暴雨條件下泥石流的過程分為4個階段：降雨入滲、超滲徑流、物源侵蝕堆積、短歷時(shí)強(qiáng)降雨啟動。

試驗(yàn)結(jié)果表明，臺風(fēng)暴雨型泥石流的啟動與淺表層物源的力學(xué)性質(zhì)劣化相關(guān)。隨著雨水的下滲，淺層土體含水率及孔隙水壓力快速抬升至峰值，含水率的增加使得物源土體浸水軟化，孔隙水壓力的增高削弱了土體內(nèi)有效應(yīng)力，共同作用下物源變得不穩(wěn)定更加容易被啟動。越是淺表部且高程越低處物源的力學(xué)性質(zhì)受影響越顯著，越易啟動參與泥石流運(yùn)動。降雨持續(xù)一段時(shí)間后，模型溝谷開始出現(xiàn)坡面徑流及溝道徑流（圖18（a））。

溝谷兩側(cè)岸坡土體在雨水的持續(xù)弱化沖刷作用下產(chǎn)生滑坡，中部斷續(xù)出現(xiàn)侵蝕溝道并逐漸連通，溝谷中固體物質(zhì)在徑流和泥石流的沖刷侵蝕作用下向下運(yùn)動，并部分堆積在溝道內(nèi)（圖18（b））。這類被侵蝕的物質(zhì)在臺風(fēng)暴雨的條件下出現(xiàn)的極多，試驗(yàn)中溝谷后部可見大量固體物質(zhì)被侵蝕帶走后殘留的凹坑，產(chǎn)生的滑坡堆積體物質(zhì)也多被侵蝕帶走，在溝道前部不斷堆積甚至改變原有徑流路徑，為后續(xù)短時(shí)間強(qiáng)降雨條件下黏性泥石流的暴發(fā)存儲了大量不穩(wěn)定物源（圖18（c））。

在短時(shí)強(qiáng)降雨階段，溝谷內(nèi)徑流強(qiáng)度迅速抬升，對固體物質(zhì)的沖刷侵蝕能力提升顯著，溝谷前部的固體堆積物被大量攜帶走，淺表層土體孔隙水壓力在短時(shí)強(qiáng)降雨作用下陡增，力學(xué)性質(zhì)迅速劣化達(dá)到啟動臨界狀態(tài)，并且受孔隙水壓力作用影響的土層范圍變大，埋設(shè)較深的土體也逐漸啟動，綜合作用形成了規(guī)模較大的臺風(fēng)暴雨型泥石流。在短歷時(shí)強(qiáng)降雨下暴發(fā)的臺風(fēng)暴雨型泥石流中混合有大量固體和黏粒物質(zhì)，顏色渾濁，重度高侵蝕沖刷能力強(qiáng)。試驗(yàn)中伴隨泥石流暴發(fā)，溝谷內(nèi)侵蝕溝道深度及寬度均較大，側(cè)向掏蝕和岸坡局部垮塌現(xiàn)象也非常明顯（圖18（d））。

5 結(jié) 論

在現(xiàn)場勘探和調(diào)查基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)臺風(fēng)暴雨型泥石流物理模型試驗(yàn)，監(jiān)測試驗(yàn)中土體孔隙水壓力、體積含水率、土壓力和侵蝕特征等指標(biāo)變化，得到以下結(jié)論：

（1）臺風(fēng)暴雨型泥石流過程可分為降雨入滲、超滲徑流、物源侵蝕堆積、短歷時(shí)強(qiáng)降雨啟動4個階段。

（2）臺風(fēng)暴雨型泥石流的啟動發(fā)生在淺層物源達(dá)到高含水率和高孔隙水壓力之后，需要前期一定的累積降雨弱化物源的力學(xué)性質(zhì)。

（3）試驗(yàn)過程中共產(chǎn)生了3次泥石流，較小雨強(qiáng)條件下溝谷產(chǎn)生稀性泥石流，隨著降雨強(qiáng)度的陡增，徑流強(qiáng)度及侵蝕作用急劇加強(qiáng)，產(chǎn)生的泥石流由稀性轉(zhuǎn)為黏性，并在溝口形成較大規(guī)模堆積扇。

（4）整個溝谷均可見侵蝕溝道不同程度貫通分布，溝道侵蝕深度隨高程的降低呈現(xiàn)增大趨勢，后部最大侵蝕深度為1.13 cm，中部最大侵蝕深度為1.48 cm，前部最大侵蝕深度為2.22 cm。

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（編輯：劉 媛）

Physical model test on initiation mechanism of typhoon rainstorm-triggered debris flow

MAN Hao¹，XIONG Chaozheng²，JI Feng¹，SHI Yuchuan¹，WANG Jingyong³，ZHAO Taotao¹

（1.State Key Laboratory of Geo-hazard Prevention and Geo-environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China; 2.Sichuan Tibetan Area Expressway Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China； 3.PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou 310014，China）

Abstract：Typhoon rainstorm-triggered debris flows exhibit high suddenness，mass occurrence，and destructiveness.Therefore，researching the initiation mechanisms of this specific type of debris flow is particularly crucial.Taking the debris flow disaster in the reservoir area of Anhui Ningguo Pumped Storage Power Station triggered by Typhoon “Lekima” as a typical case，the characteristics，formation conditions，and sediment distribution of debris flow gullies were identified based on field explorations，investigations，and tests.Utilizing the physical model test of artificial rainfall，the changes in indicators such as pore water pressure，volumetric water content，soil pressure，and erosion characteristics were monitored during the rainfall，thus the initiation mechanism of typhoon rainstorm-triggered debris flow was studied.The results showed that：① The outbreak of the typhoon rainstorm-triggered debris flow can be divided into four stages，namely rainfall infiltration，super-saturation runoff，erosion and accumulation of sediment sources，and initiation under short-duration intense rainfall.② The typhoon rainstorm-triggered debris flow occurs after shallow soil reaches high water content and high pore water pressure，which requires a certain amount of accumulated rainfall beforehand.③ Under conditions of lower rainfall intensity，watery debris flows may occur in the gully；however，a sudden increase in rainfall intensity intensifies runoff and erosion significantly，initiating a large amount of solid material.The debris flow transits from watery to viscous，with visible large-scale accumulation fans accumulating at the gully mouth.④ Penetration of varying degrees among eroded channels was observed throughout the gully，and the erosion depths increased with the decreasing elevation.These findings can provide insights into the prevention and control of typhoon rainstorm-triggered debris flow disasters.

Key words：typhoon rainstorm; debris flow; initiation mechanism; model test; Anhui Ningguo Pumped Storage Power Station