曹春然， 陳華勇， Robin Neupane, 李慧斌， 阮合春

(1.中國(guó)科學(xué)院 山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100000； 3.中國(guó)科學(xué)院 青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心， 北京 100101)

堰塞壩作為一種常見(jiàn)的自然界災(zāi)害，常常是在地震和強(qiáng)降雨等誘發(fā)作用下，滑坡、泥石流、冰磧物等堵截河道而形成的天然壩體[1-2]。堰塞壩的類(lèi)型不同，其危險(xiǎn)度和危害特征也不同，根據(jù)堰塞壩的物質(zhì)來(lái)源可分為：滑坡崩塌堰塞壩、火山熔巖堰塞壩、泥石流堰塞壩和冰磧堰塞壩[3]。其中泥石流導(dǎo)致的堰塞壩是我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害常見(jiàn)類(lèi)型，在中國(guó)西南地區(qū)，高山峽谷眾多，松散物質(zhì)豐富，很容易暴發(fā)大型泥石流堵江[4]。從長(zhǎng)期影響來(lái)說(shuō)，泥石流通過(guò)改變河流泥沙而影響該河流的河性。從短期危害來(lái)說(shuō)，泥石流堵河造成湖水位的上漲會(huì)對(duì)上游的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和道路等各種設(shè)施造成淹沒(méi)災(zāi)害，堰塞壩一旦破壞又會(huì)產(chǎn)生巨大的泄洪流量，沖毀沿程所有房屋、農(nóng)田以及各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，造成嚴(yán)重的損失[5]。例如，從1919年到1968年半個(gè)世紀(jì)之間，云南省東川蔣家溝發(fā)生7次堵斷小江事件，最長(zhǎng)堵江時(shí)間達(dá)48天，水位抬升10 m，上游回水十幾公里，淹沒(méi)良田534 hm2多，損失糧食1.50×105kg多[6]；1953年西藏波密古鄉(xiāng)溝暴發(fā)泥石流，大規(guī)模黏性泥石流沖出溝口導(dǎo)致帕隆藏布江被堵塞，回水約10 km，造成140余人死亡，大量房屋、農(nóng)田和森林被毀壞，損失慘重[7-8]；1984年和1985年西藏波密縣培龍溝連續(xù)暴發(fā)特大泥石流堵斷帕隆藏布江事件，回水約6 km，最寬處220 m，最深處14.3 m，淹沒(méi)上游7 km川藏公路和80多輛車(chē)，堰塞壩潰決后又沖毀下游2 km川藏公路和5座橋梁，造成上億元經(jīng)濟(jì)損失[9-10]。2010年8月7日，甘肅舟曲縣突降暴雨，導(dǎo)致三眼峪、羅家峪暴發(fā)特大規(guī)模泥石流并堵塞白龍江，形成的堰塞湖使近一半縣城被淹，造成上千人遇難和巨大的財(cái)產(chǎn)損失[11-12]；2010年8月13至14日局部地區(qū)強(qiáng)降雨，四川綿竹清平鄉(xiāng)文家溝[13-15]，汶川縣映秀鎮(zhèn)紅椿溝[16-17]、燒房溝[18]，銀杏鄉(xiāng)銀杏坪溝[19]、高家溝[20-21]等突發(fā)大規(guī)模泥石流，泥石流堵塞綿遠(yuǎn)河、岷江河道而形成堰塞湖，導(dǎo)致交通、通信、電力等中斷，造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，深入開(kāi)展泥石流堰塞壩原型的調(diào)查，泥石流堵江以及泥石流壩潰決方面的研究，對(duì)提升泥石流堰塞壩的災(zāi)害防治和災(zāi)后重建等具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)泥石流堰塞壩做了一定的研究，但主要集中在泥石流堵江方面。在性質(zhì)和規(guī)模方面，形成堰塞壩的泥石流多以大規(guī)模黏性泥石流為主，黏性泥石流重度較大，也相對(duì)均勻，一般呈整體堆積，具有一定的抗沖刷能力；在地形方面，泥石流堰塞壩堵塞的河道、山谷一般比較窄，地形坡度較大。吳積善等[22]針對(duì)西藏東南部泥石流暴發(fā)狀況，分析了形成堰塞壩的主要影響因素，主要包括：支溝泥石流(規(guī)模、性質(zhì)和固體粒徑)、主河水流(流量、比降和寬度)和交匯區(qū)地形(交匯夾角和坡度)3個(gè)方面?？锷懈坏萚23]、陳德明等[24]、徐永年等[25]、朱平一等[9]、唐川等[26]和黨超等[27]分別建立了相應(yīng)的泥石流堵江判別公式。但是，對(duì)于泥石流堰塞壩潰決過(guò)程和潰決機(jī)理方面的研究很少。為了研究不同因素對(duì)泥石流堰塞壩潰決過(guò)程的影響以及潰決機(jī)理，本文開(kāi)展了不同來(lái)水流量、壩體形態(tài)、黏粒含量、壩高和初始含水量條件下的潰決試驗(yàn)，嘗試用試驗(yàn)的方法對(duì)泥石流堰塞壩潰決過(guò)程進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置主要由供水系統(tǒng)、試驗(yàn)水槽和尾料池3部分組成(如圖1所示)。試驗(yàn)水槽長(zhǎng)4 m，寬0.4 m，高0.4 m，水槽坡度為1°，水槽兩側(cè)均為透明玻璃，便于觀察泥石流堰塞壩潰口演化過(guò)程以及壩后潰決洪水特性。1—3號(hào)4K高清攝像攝像機(jī)分別放在壩體頂部、側(cè)面和下游面，從俯視、側(cè)視和正視3個(gè)角度觀察潰決過(guò)程。

圖1 泥石流堰塞壩試驗(yàn)裝置

1.2 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

影響泥石流堰塞壩潰決的因素有很多，主要包括壩體自身特征和外部河道水力特征兩部分。本研究在野外調(diào)查和分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取來(lái)水流量這個(gè)水力特征方面的控制因素；選取壩體下游坡角、壩高、黏粒含量、初始含水量4個(gè)自身特征方面的控制因素進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。在2019年5月至7月共開(kāi)展19組試驗(yàn)，具體試驗(yàn)參數(shù)取值如表1所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)材料為2019年4月取自四川省平武縣碓窩溝(32.4409N，104.5371E)的泥石流堆積扇上的泥石流原樣土，由于泥石流模擬試驗(yàn)裝置的條件限制，剔除土樣中直徑大于2cm的粗顆粒，將剩余土樣進(jìn)行篩分，根據(jù)試驗(yàn)中壩體級(jí)配需要而重新配置，不同黏粒含量的物料顆粒級(jí)配特征見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)材料顆粒級(jí)配特征

2 結(jié)果與分析

2.1 侵蝕過(guò)程

在試驗(yàn)中，通過(guò)觀察漫頂潰決時(shí)的整個(gè)潰決破壞，發(fā)現(xiàn)不同條件下的漫頂潰決過(guò)程基本一致，總體來(lái)看，整個(gè)過(guò)程大致分為4個(gè)階段，現(xiàn)以來(lái)水流量為1 L/s，水槽坡度為1°，壩體迎水坡和背水坡分別為30°和20°，黏粒含量為15%，壩高25 cm，含水量為13%時(shí)的堰塞壩漫頂潰決過(guò)程為例進(jìn)行分析。4個(gè)階段的主要特征解釋如下：

(1) 階段Ⅰ。坡面侵蝕階段(0～35 s)。即從侵蝕開(kāi)始(圖3)到侵蝕點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)處這個(gè)階段。水流溢流初始潰口后，開(kāi)始侵蝕潰口底部和潰口側(cè)向斜坡，并挾帶少量細(xì)小泥沙向下輸移。不過(guò)由于過(guò)流水量較少，水流深度較淺，流速緩慢，水流挾沙能力較弱，而壩體物質(zhì)黏性較高，抗沖刷能力較強(qiáng)，此時(shí)侵蝕量很小，過(guò)流后基本為清水。當(dāng)水流運(yùn)動(dòng)到下游坡面頂A處后，由于坡度驟然變化，水流勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，水流流速加大，侵蝕能力變強(qiáng)，在背水坡面處形成一條較小沖溝。除細(xì)小的泥沙外，少量粒徑較大的泥沙也被攜帶向下輸移，但由于水流流量較小，下游坡面上較大顆粒會(huì)阻礙水流進(jìn)一步侵蝕，此時(shí)水流會(huì)以多數(shù)小波浪式推移侵蝕，再以少數(shù)大波浪式推移侵蝕，最終形成明顯陡坎。

(2) 階段Ⅱ。陡坎侵蝕階段(35～70 s)(見(jiàn)圖3d,3e)。即從下游坡頂A侵蝕到下游坡頂B處這個(gè)貫穿階段。隨著上游蓄水，壩前水位繼續(xù)抬升，潰口處水流深度和水流流量進(jìn)一步增加，侵蝕能力進(jìn)一步增強(qiáng)，下游坡頂A處開(kāi)始發(fā)生侵蝕。同時(shí)由于陡坎的高差，陡坎下方會(huì)出現(xiàn)沖蝕坑。

(3) 階段Ⅲ。下切和側(cè)向侵蝕階段(70～105 s)。即潰口快速擴(kuò)展，潰決流量快速增加階段。隨著溯源侵蝕的陡坎后退到上游壩頂B處，壩體被貫穿，下切侵蝕變的十分容易。潰口降低后導(dǎo)致潰口處水流深度和流速突然增大，侵蝕能力突然增強(qiáng)，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步降低潰口高度。在這個(gè)過(guò)程中，由于潰口降低導(dǎo)致潰決流量的突然增大，側(cè)向侵蝕迅速增加，潰口反過(guò)來(lái)進(jìn)一步增大。該階段，潰口斜坡物質(zhì)在水流側(cè)蝕作用下以塊狀坍塌入潰口，發(fā)生頻率較低，潰口形狀類(lèi)似梯形。

(4) 階段Ⅳ。衰退階段(105～145 s)。即水流和壩體趨于穩(wěn)定階段。潰口增大后，壩前水位快速下降，潰決流量逐漸減小，水流侵蝕能力也逐漸變?nèi)?，壩體中的細(xì)小顆粒和少量粗顆粒被水流挾帶至下游，其余粗顆粒沉積下來(lái)。細(xì)小顆粒被挾帶走后，粗顆粒在潰口出形成一層粗化層，保護(hù)下面顆粒物質(zhì)不被沖刷。此時(shí)，水流的沖刷能力和粗化層的抗沖刷能力達(dá)到新的平衡，潰決過(guò)程結(jié)束。

2.2 潰口演化特征

泥石流堰塞壩溯源侵蝕包括坡面侵蝕階段和陡坎侵蝕階段。溯源侵蝕過(guò)程中潰口底部變化規(guī)律可以通過(guò)壩體侵蝕過(guò)程線(xiàn)來(lái)分析不同階段的特征。同樣以來(lái)水流量為1 L/s，水槽坡度為1°，壩體迎水坡和背水坡分別為30°和20°，黏粒含量為15%，壩高25 cm，含水量為13%時(shí)的堰塞壩漫頂潰決過(guò)程為例進(jìn)行分析。

從圖3中可以看出坡面侵蝕階段(階段Ⅰ)潰口發(fā)展很慢，尤其是潰決發(fā)生到35 s時(shí)，下游壩頂A處還未出現(xiàn)明顯侵蝕。從下游坡頂A處至坡面中部是最大侵蝕發(fā)生區(qū)，侵蝕模式由小波浪式推移質(zhì)挾沙運(yùn)動(dòng)，到大波浪式推移質(zhì)挾沙運(yùn)動(dòng)，最后形成陡坎。

圖3 堰塞壩潰口侵蝕過(guò)程線(xiàn)側(cè)視圖

潰口下切和側(cè)向侵蝕階段是壩體侵蝕最快的階段，潰決流量迅速增加至最大的階段。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)70 s之前壩體潰口正視圖變化較小，壩體主要以溯源侵蝕為主，是一個(gè)水流逐漸貫通至上游的過(guò)程。水流貫通至迎水面后，壩體變薄，下切侵蝕變的更加容易。隨著水流下切，潰口處水深和潰決流量快速增加，侵蝕能力快速增加，快速下降的潰口反過(guò)來(lái)也進(jìn)一步加速潰決流量，這是一個(gè)相互促進(jìn)的過(guò)程。圖中70 s至105 s之間潰口側(cè)向侵蝕十分迅速，在35 s內(nèi)基本完成側(cè)向侵蝕過(guò)程。

由圖4可知，潰口展寬主要發(fā)生在70 s至105 s之間。在坡面侵蝕過(guò)程(0～35 s)重潰口展寬較小，幾乎沒(méi)有變化；在側(cè)向侵蝕過(guò)程(70～105 s)潰口在下切的過(guò)程中伴隨著潰口展寬，側(cè)向侵蝕結(jié)束后潰口展寬達(dá)到穩(wěn)定；在衰退階段(105～145 s)潰口以進(jìn)一步下切為主，潰口側(cè)向侵蝕較弱，潰口寬度保持穩(wěn)定。

圖4 潰口侵蝕過(guò)程線(xiàn)正視圖

2.3 不同因素對(duì)潰決過(guò)程的影響

2.3.1 來(lái)水流量的影響 來(lái)水流量作為影響泥石流堰塞壩潰決的重要因素，導(dǎo)致潰決流量、潰口演化等方面表現(xiàn)出明顯差異。圖5a為背水坡度20°，壩高20 cm，黏粒含量15%，初始含水量12%，泥石流重度1.99 g/cm3，來(lái)水流量分別為0.5，1.0，1.5，2.0 L/s條件下的潰決流量過(guò)程線(xiàn)。從圖5a中可以看出，流量均隨時(shí)間呈先增加后減小的趨勢(shì)，但流量較小時(shí)，曲線(xiàn)增加和減小地更慢，呈現(xiàn)出“矮圓”型。隨著流量的加大，曲線(xiàn)增加和減小地更快，呈現(xiàn)出“瘦尖”型。同時(shí)，隨著來(lái)水流量的增加，結(jié)合圖5b可知，來(lái)水流量與洪峰流量之間呈正相關(guān)，但并未呈現(xiàn)線(xiàn)性相關(guān)，洪峰流量增加速度隨著來(lái)水流量增加而增加。來(lái)水流量從0.5 L/s增加到1 L/s時(shí)，潰決洪峰流量值增加了0.6 L/s；來(lái)水流量從1.5 L/s增加到2 L/s時(shí)，潰決洪峰流量值增加了3.4 L/s。

圖5 不同來(lái)水流量下潰決流量過(guò)程

2.3.2 背水坡坡度的影響 本試驗(yàn)涉及的泥石流堰塞壩壩體形態(tài)主要是指不同的背水坡坡度。圖6a為來(lái)水流量1 L/s,壩高20 cm,黏粒含量15%,初始含水量12%,泥石流重度1.99 g/cm3，背水坡坡度分別為10°,15°,20°,25°,30°條件下的潰決流量過(guò)程線(xiàn)。從圖6a中可以看出，不同壩型的泥石流堰塞壩潰決流量線(xiàn)的變化趨勢(shì)相似，但隨著背水坡坡度的增加，潰決流量過(guò)程線(xiàn)由“尖瘦”型向“矮胖”型轉(zhuǎn)變。圖6b反映了背水坡坡度與洪峰流量之間的關(guān)系。從圖6b中我們可以看出，背水坡坡度的增加會(huì)導(dǎo)致洪峰流量的增加，且洪峰流量最大值6.2 L/s與最小值3.7 L/s相差2.5 L/s左右，背水坡坡度30°時(shí)的潰決流量約為背水坡坡度10°時(shí)潰決流量的1.7倍。從潰決機(jī)理的角度分析，隨著背水坡坡度的增加，一方面使背水坡上的水流速度增加，侵蝕作用增強(qiáng)，潰口發(fā)展迅速，潰決流量增加；另一方面，由幾何關(guān)系可知，壩體順河長(zhǎng)度隨背水坡坡度的增大而減小，這也會(huì)造成侵蝕量和路徑的縮短，相同條件下潰決歷時(shí)縮短，潰決流量加大。背水坡坡度是通過(guò)影響水流坡降，從而影響水流侵蝕能力來(lái)改變潰決過(guò)程的。

圖6 不同背水坡坡度下潰決流量過(guò)程

2.3.3 壩高的影響 壩高是影響泥石流堰塞壩潰決的重要因素，壩體高度往往決定了堰塞湖庫(kù)容和水力勢(shì)能。一方面，壩體高度直接影響壩前水位、庫(kù)容和壩體內(nèi)部水力梯度(水力比降)；另一方面，壩體高度影響了壩體下游坡度、溢流時(shí)水流速度和水流沖刷能力。圖7a為來(lái)水流量1 L/s,背水坡度20°,黏粒含量15%,初始含水量13%,泥石流重度2.06 g/cm3，壩高分別為15,20,25,30 cm條件下的潰決流量過(guò)程線(xiàn)。從圖7a中可以看出潰決洪峰流量隨著壩高的增加而迅速增加，潰決洪峰時(shí)間隨壩高的增加而縮短，壩體高度對(duì)洪峰的影響很大。圖7b反映了壩體高度和洪峰流量之間的關(guān)系，整體呈線(xiàn)性相關(guān)。

圖7 不同壩高下潰決流量過(guò)程

2.3.4 黏粒含量的影響 泥石流堰塞壩壩體中黏粒含量對(duì)其潰決過(guò)程影響很大。黏粒含量會(huì)直接影響堰塞壩體的抗沖刷能力和壩體穩(wěn)定性。壩體黏粒含量不同導(dǎo)致壩體強(qiáng)度不同，壩體內(nèi)部黏聚力和內(nèi)摩擦角也不同，從而影響下游坡面穩(wěn)定性。此外，黏粒含量不同會(huì)導(dǎo)致壩體滲透系數(shù)不同，滲透過(guò)程對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響也不同。圖8a為來(lái)水流量1 L/s,背水坡度20°,壩高20 cm,初始含水量13%,泥石流重度1.81～2.13 g/cm3，黏粒含量分別為5%,10%,15%,20%,30%條件下的潰決流量過(guò)程線(xiàn)。從圖8a中我們可以發(fā)現(xiàn)泥石流堰塞壩潰決流量過(guò)程線(xiàn)隨著黏粒含量的增加從“瘦尖”型逐漸轉(zhuǎn)變成“矮胖”型。潰決流量隨黏粒含量的增加而減小，潰決時(shí)間隨黏粒含量的增加而增加。圖8b反映了泥石流堰塞壩壩體黏粒含量與洪峰流量之間的關(guān)系，整體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

圖8 不同黏粒含量下潰決流量過(guò)程特征

2.3.5 初始含水量的影響 泥石流堰塞壩壩體初始含水量對(duì)壩體強(qiáng)度的影響較大，土體含水量的變化會(huì)影響其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗沖刷能力。圖9a為來(lái)水流量1 L/s,背水坡度20°,壩高20 cm,黏粒含量15%,泥石流重度1.91～2.09 g/cm3，初始含水量分別為11%,12%,13%,14%,15%條件下的潰決流量過(guò)程線(xiàn)。從中我們發(fā)現(xiàn)不同含水量條件下潰決流量過(guò)程線(xiàn)的整體形狀變化不大，說(shuō)明具有相似的坡面侵蝕過(guò)程、陡坎侵蝕過(guò)程、下切和側(cè)向侵蝕過(guò)程和衰退過(guò)程，含水量對(duì)潰決過(guò)程中的主要特征影響不大。初始含水量與洪峰流量之間的關(guān)系如圖9b所示。潰決洪峰流量隨著含水量的增加而緩慢降低，但變化的范圍不大。

圖9 不同初始含水量下潰決流量過(guò)程特征

3 機(jī)制分析

泥石流堰塞壩漫頂破壞的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是水流對(duì)壩體的沖刷侵蝕過(guò)程?，F(xiàn)有對(duì)壩體漫頂破壞機(jī)理的初步分析大多著眼于潰壩過(guò)程中顆粒的沖刷與起動(dòng)，從不同粒徑顆粒的沖刷起動(dòng)特征層面來(lái)說(shuō)明潰壩機(jī)理。壩體溢流沖刷破壞機(jī)制可從3個(gè)方面分析：①坡面流剪力，坡面顆粒運(yùn)動(dòng)是坡面水流拖曳力作用造成的；②坡面流流速，潰口中水流速度越大對(duì)壩體的掏蝕越強(qiáng)；③坡面流能量，坡面顆粒運(yùn)動(dòng)必定要損耗一定的能量。其中，從水流流速入手最直觀也最簡(jiǎn)單。分析顆粒的受力情況，顆粒起動(dòng)是水流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的拖曳力和上舉力超過(guò)顆粒間的黏結(jié)力。水流運(yùn)動(dòng)的拖曳力和上舉力體現(xiàn)在水流的流速上，當(dāng)流速效應(yīng)超過(guò)顆粒的黏結(jié)力效應(yīng)，顆粒便發(fā)生運(yùn)動(dòng)。我們對(duì)坡面上顆粒進(jìn)行受力分析發(fā)現(xiàn)，顆粒物質(zhì)受力有水流拖曳力FD，水流上舉力FL，顆粒浮重力W′和坡面摩阻力FS。具體分析如下：當(dāng)水流經(jīng)過(guò)坡面粗糙的顆粒物質(zhì)時(shí)，會(huì)對(duì)顆粒產(chǎn)生拖曳力FD，其中拖曳力方向與水流方向相同；當(dāng)水流經(jīng)過(guò)顆粒時(shí)，由于顆粒頂部和底部流速的不同，根據(jù)伯努利原理，頂部流速快壓力小，底部流速慢壓力大，因此造成了壓力差FL，即上舉力；顆粒受到自身在水下的重力W′，即浮重力；顆粒還受到坡面對(duì)其阻力的作用FS。因?yàn)槟嗍餮呷麎沃械酿ち：恳话惚容^高，應(yīng)該說(shuō)還要考慮內(nèi)聚力，但是由于坡面侵蝕階段的沖刷作用發(fā)生在泥石流堆積物表層，而表層結(jié)構(gòu)一般比較松散，我們忽略?xún)?nèi)聚力的影響。受力情況如圖10所示。

圖10 坡面顆粒物質(zhì)受力示意圖

水流拖曳力FD，上舉力FL，顆粒浮重力W′，摩擦阻力FS和顆粒附近的對(duì)數(shù)流速公式的一般表達(dá)式分別為：

(1)

(2)

(3)

FS=(W′cosθ-FL)tanΦ

(4)

(5)

式中：CD和CL分別為阻力系數(shù)和上舉力系數(shù)；u0為作用在坡面顆粒上的流速;A為顆粒最大截面面積;ρs和ρ分別為顆粒和水的密度;γs和γ分別為顆粒和水的重度;θ為背水坡面角度;Φ為顆粒水下休止角；u*為摩阻流速。

分析泥石流堰塞壩下游坡面上物質(zhì)的受力，在坡面方向上建立平衡方程：

FD+W′sinθ=(W′cosθ-FL)tanΦ

(6)

則下游坡面物質(zhì)起動(dòng)條件：

(cosθtanΦ-sinθ)

(7)

4 結(jié)論與討論

本研究開(kāi)展了不同來(lái)水流量、壩體形態(tài)、黏粒含量、壩高和初始含水量條件下的泥石流堰塞壩潰決試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分析了泥石流堰塞壩漫頂潰決的主要特征，總結(jié)了泥石流堰塞壩潰決的主要過(guò)程，探討了5種因素對(duì)潰決過(guò)程的影響，并研究了潰口演化機(jī)理。

(1) 通過(guò)泥石流堰塞壩漫頂潰決試驗(yàn)表明，潰決過(guò)程主要分為坡面侵蝕過(guò)程(階段Ⅰ)、陡坎侵蝕過(guò)程(階段Ⅱ)、下切和側(cè)向侵蝕過(guò)程(階段Ⅲ)和衰退過(guò)程(階段Ⅳ)。坡面侵蝕階段和陡坎侵蝕階段潰口過(guò)流水量較少，水流深度較淺，流速緩慢，水流挾沙能力較弱，壩體物質(zhì)黏性較高，抗沖刷能力較強(qiáng)，此時(shí)侵蝕量很小，該階段水流會(huì)以多數(shù)小波浪式推移侵蝕，再以少數(shù)大波浪式推移侵蝕，最終形成明顯陡坎，同時(shí)由于陡坎的高差，陡坎下方會(huì)出現(xiàn)沖蝕坑；下切和側(cè)向侵蝕階段由于潰口降低導(dǎo)致潰決流量的突然增大，側(cè)向侵蝕迅速增加，潰口反過(guò)來(lái)進(jìn)一步增大，該階段，潰口斜坡物質(zhì)在水流側(cè)蝕作用下以塊狀坍塌入潰口，發(fā)生頻率較低，潰口形狀類(lèi)似梯形；衰退階段壩前水位快速下降，水流侵蝕能力也逐漸變?nèi)?，?xì)小顆粒被挾帶走后，粗顆粒在潰口出形成一層粗化層，保護(hù)下面顆粒物質(zhì)不被沖刷，水流的沖刷能力和粗化層的抗沖刷能力達(dá)到新的平衡，潰決過(guò)程結(jié)束。

(2) 潰決流量與來(lái)水流量之間呈非線(xiàn)性正相關(guān)，在其他條件相同時(shí)，潰決洪峰流量隨來(lái)水流量的增加而增加，且增速也越來(lái)越快；壩體形態(tài)中，背水坡坡度是影響潰決流量重要因素之一，潰決洪峰流量隨著背水坡坡度增加而增加，背水坡坡度30°時(shí)的潰決流量約為背水坡坡度10°時(shí)潰決流量的1.7倍；壩高對(duì)潰決流量的影響較大，潰決洪峰流量隨著壩高的增加而迅速增加，潰決洪峰時(shí)間隨壩高的增加而縮短，壩體高度和洪峰流量之間的關(guān)系，整體呈線(xiàn)性正相關(guān)的關(guān)系；壩體中的黏粒含量對(duì)壩體潰決影響也比較大，黏粒含量通過(guò)影響壩體的抗沖刷能力和壩體穩(wěn)定性而影響潰決過(guò)程，潰決流量隨黏粒含量的增加而迅速減小，潰決時(shí)間隨黏粒含量的增加而迅速增加，泥石流堰塞壩壩體黏粒含量與潰決洪峰流量之間的關(guān)系，整體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；土體初始含水量對(duì)其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗沖刷能力有重要影響，泥石流堰塞壩潰決洪峰流量隨著土體初始含水量的增加而緩慢降低，但變化的范圍不大。