陕北典型黄土泥流发育规律及其防治对策(王家鼎).ppt

陕北典型黄土泥流发育规律 及其防治对策报告人：王家鼎教授 单 位：西北大学 时 间：2009.07报告提纲ØØ 项目研究意义项目研究意义ØØ 项目研究的现状及国内外动态项目研究的现状及国内外动态 ØØ 拟研究内容拟研究内容ØØ 技术路线技术路线Ø 项目研究意义Ø泥流是黄土高原常见的一种地质灾害，它爆发突然 ，来势凶猛而迅速，破坏力强，对黄土高原区的工 农业生产和人民生活带来了很大的麻烦并造成严重 的危害在陕北地区泥流往往冲进村庄和城镇，毁 坏房屋、工厂、企事业单位及各种设备和设施，还 掩埋人畜和农田，甚者造成村毁人亡 ØØ 危害危害ØØ 19711971、、7 7、、2323：清涧县普降暴雨，清涧河暴发特大粘性泥流，：清涧县普降暴雨，清涧河暴发特大粘性泥流， 容重高达容重高达2t/m2t/m3 3，冲毁房屋，冲毁房屋400400余间，农田余间，农田24002400余亩，造成严余亩，造成严 重经济损失重经济损失ØØ 19771977、、7 7、、5~65~6：延河流域于发生大面积特大暴雨，延河暴发：延河流域于发生大面积特大暴雨，延河暴发 泥流，延安城严重受害，摧毁房屋泥流，延安城严重受害，摧毁房屋50005000多间，掩埋农田多间，掩埋农田 12.01Km12.01Km2 2, ,死亡死亡134134人。

人ØØ 1957-19821957-1982，神木县共出现大暴雨，神木县共出现大暴雨7070次，平均每年次，平均每年2-32-3次大 暴雨期间，各河流一般均出现泥流神府煤田多是露天开采，暴雨期间，各河流一般均出现泥流神府煤田多是露天开采， 矿坑多修建在河流的高河漫滩或矿坑多修建在河流的高河漫滩或I I级阶地上，泥流暴发，矿坑常级阶地上，泥流暴发，矿坑常 被冲毁或淹埋，泥流还将大量煤炭冲走，最大煤块可达被冲毁或淹埋，泥流还将大量煤炭冲走，最大煤块可达5000kg5000kg 以上ØØ 19711971、、7 7、、2525：神木县突降大暴雨，窟野河流域暴发特大泥流：神木县突降大暴雨，窟野河流域暴发特大泥流 ，冲毁公路，冲毁公路71km71km19761976年窟野河暴发泥流，将县城公路大桥年窟野河暴发泥流，将县城公路大桥 摧毁ØØ 对农业的危害对农业的危害ØØ 造成极其严重的水土流失对造成极其严重的水土流失对7 7条沟道在条沟道在8 8年期间的土壤流失总年期间的土壤流失总 量的统计结果显示，泥流就占了量的统计结果显示，泥流就占了62.962.9％，其中最大一次泥流就％，其中最大一次泥流就 占了占了31.431.4％。

由于泥流产生了大量的水土流失，从而造成黄河％由于泥流产生了大量的水土流失，从而造成黄河 高含沙水流甚至出现泥流高含沙水流甚至出现泥流ØØ 毁坏农田黄土高原每年约有数万亩耕地遭受泥流袭击，对农毁坏农田黄土高原每年约有数万亩耕地遭受泥流袭击，对农 业生产造成严重损失业生产造成严重损失19931993年年8 8月月3 3日延安市突降大暴雨，延河日延安市突降大暴雨，延河 流域暴发泥流，毁坏农田流域暴发泥流，毁坏农田2130621306亩 ØØ 冲毁淤地坝冲毁淤地坝 19771977年年7 7月月5 5日，日，19781978年年7 7月月2323日，日，19931993年年8 8月月 3 3日，曾在陕西省的子长县、绥德县、安塞县、清涧县、子洲县日，曾在陕西省的子长县、绥德县、安塞县、清涧县、子洲县 、延安市，发生了大暴雨和特大暴雨，许多沟谷暴发泥流冲毁、延安市，发生了大暴雨和特大暴雨，许多沟谷暴发泥流冲毁 淤地坝其中以绥德和清涧两县最为严重，淤地坝其中以绥德和清涧两县最为严重，8080％以上的淤地坝被％以上的淤地坝被 泥流毁坏泥流毁坏2006年８月11日凌晨，受８号超强台风带来的强降雨影响，石磨下村附近山体多处发生浅表层土质滑坡，并由这些滑坡作为起动条件形成了泥石流，共造成２０人死亡，经济损失达158万元。

浙江省庆元县荷地镇石磨下村泥石流灾害浙江省庆元县荷地镇石磨下村泥石流灾害控制房屋建设规模，禁止挤占行洪通道村庄挤占沟口，泥石流爆发时冲毁房屋，11人死亡（四川盐源，2006） 泥石流排导槽被建筑垃圾堆填，排洪能力减弱避免在冲沟内排放垃圾注意访问和实地调查泥石流的发生历史四川泸定杵尼乡泥石流灾害毁坏房屋和土地通过正常洪水水位线来观测泥石流测定泥石流堆积和泥位高度宝天铁路泥石流姑海泥石流因此，深入调查陕北地区泥石流的形成条件、分布因此，深入调查陕北地区泥石流的形成条件、分布规律、分类、研究泥流的机理及其运动规律，规律、分类、研究泥流的机理及其运动规律，并提出相应的防治对策对该区的防灾工作和促并提出相应的防治对策对该区的防灾工作和促进地方经济建设发展具有重大的减灾现实意义进地方经济建设发展具有重大的减灾现实意义，是非常必要的是非常必要的ØØ 项目研究的现状及国内外动态项目研究的现状及国内外动态一、泥石流分类1、按山地地貌形态——坡面型泥石流、沟谷型泥石流、河谷 型泥石流2、按泥石流固体物质组成——泥流、水石流、泥石流3、按物质状态——粘性泥石流 、稀性泥石流 4、按诱发因素—暴雨型泥石流、溃决型泥石流、冰雪融水型 泥石流、地震泥石流。

5、按泥石流流域大小——大型泥石流，中型泥石流和小型泥 石流 6、按泥石流发展阶段 ——发展期泥石流，旺盛期泥石流和 衰退期泥石流 沟谷型泥石流沟谷型泥石流坡面型泥石流坡面型泥石流河谷型泥石流河谷型泥石流冻融泥流华山水石流9.24泥石流后的北川县城 二、泥石流的形成条件泥石流的形成必须同时具备以下3个条件：陡峻的便于 集水、集物的地形、地貌；有丰富的松散物质；短时间内有大量的水源 （一）地形地貌条件（二）松散物质来源条件 （三）水源条件 ØØ 项目研究的现状及国内外动态项目研究的现状及国内外动态但是,泥石流沟内的植被条件及人类工程活动均只能通过强化或 弱化泥石流形成的三个基本因子来体现对泥石流的影响 崩滑流物源崩滑流物源采矿弃渣及尾矿库采矿弃渣及尾矿库三、泥石流模型 20世纪90年代前,宾汉体模型、膨胀体模型、粘塑体模型、颗粒 流模型和两相流模型是多年来进行粘性泥石流和稀性泥石流研究 过程中主要采用的力学模型.1、宾汉体模型: • τ=τB+μadu/dy (1) •式中,τ——切应力(kPa); •τB——屈服应力(kPa); •μa——刚度系数; •du/dy——剪切速率.τB和μa由流变试验确定,由一定数量的粒径 D< 0.01mm的粘粒决定。

无粘性的粗颗粒通常不会增大τB,但 却可增大μa. ØØ 项目研究的现状及国内外动态项目研究的现状及国内外动态2、膨胀体模型:将泥石流体视为膨胀体，其主要依据是Bagnold对 高浓度粗颗粒中性悬浮液在同心圆筒间所作的剪切试验，即Pyy=aiρP(λD)2(du/dy)2cosφ (2)Pxy=Pyytgφ(2a) •式中,Pyy,Pxy——颗粒间碰撞产生的正应力和切应力(亦称离散 应力); •Ai——试验常数;ρP——颗粒浓度; •D——颗粒粒径;φ——颗粒间动内摩擦角; •λ——颗粒线浓度.在颗粒惯性区内,粒间碰撞作用占优势,可忽略粒 间流体的粘性作用;颗粒惯性区外称颗粒粘性区,粒间流体的粘性 作用占优势,颗粒增大了悬浮液的有效粘性,应力与剪切速率呈线 性关系.•3、粘塑体模型:将泥石流体视为粘塑性体,其剪切粘塑性泥石流流变模型为Pxy=Scosφ+Psinφ+μ1(du/dy)η (3)Pyy=-P+μ2(du/dy)η (4)式中,Pyy、Pxy——正应力和切应力;S——凝聚力;Φ——内摩擦角;P——压力;μ1,μ2——泥石流体的稠度指标和横向稠度指标;η——流变指标。

对均匀颗粒而言,S和φ均为常数.屈服应力(Scosφ+Psinφ)随着颗粒浓度的增大而加大,流变指标η一般为1 ~ 2.4、颗粒流模型:•将泥石流体概化为颗粒流,以粒间碰撞作用为主,忽略粒间气、水的作用.颗粒流的应力为：P=Pf+Pd+Pc (5)•式中,P——总应力;Pf——摩擦应力;• Pd——弥散应力;Pc———碰撞应力.•对极慢速运动的高浓度颗粒流而言,Pf占主导地位,Pd和Pc可忽略不计.而对快速运动的颗粒流,情况则相反,但其中Pd和Pc的消长关系主要视颗粒浓度不同而定,颗粒浓度较低时(C≤0.04),Pd为主,可忽略Pc;而颗粒浓度较高时(C≥0.35),Pc为主,可忽略Pd;颗粒浓度0.04

四、泥石流运动及冲击作用泥石流计算理论包括流速计算、冲击力计算、流量计算、粗颗粒启动速度计算、冲淤计算、弯道超高及冲击爬高计算等,但最主要的应是流速计算和对防治结构的冲击力计算.在此方面,目前我国多从观测资料出发建立起一些地区性的经验公式,这些公式均以满宁公式为基础修正而成,具有鲜明的地区性 ØØ 项目研究的现状及国内外动态项目研究的现状及国内外动态泥石流流速是决定泥石流动力性质的最重要的参数，也是一个解决众多泥石流工程防治问题的主要参数之一,同时也是泥石流危害程度的表征 1、泥石流流速编 号公式形式适用情况推荐单位1经过改进的斯氏公式，适用于西北 地区的泥石流铁道第一设 计院2mc为泥石流糙率数，可查巴柯诺夫 斯基糙率系数表，适用于水石流和 稀性泥石流铁道科学研 究院西南研 究所3适用于稀性泥石流铁道第三设计 院 4适用于稀性泥石流北京市市政设 计院5适用于水石流和 稀性泥石流铁道科学研究 院西南研究所泥石流流速公式表 组 别沟床特征mc值坡度1糙率最大的泥石流沟槽，沟槽中堆积有难以滚动 的棱石或稍 能滚动 的大石块沟槽被树木严重阻塞，无水生植物沟底 以阶梯式急剧降落2糙率较大的泥石流沟槽，沟底无急剧突起，沟床内均堆积大 小不等的石块，沟槽被树木所阻塞，沟槽内两侧有草本植物 ，沟床不平整，有洼坑，沟底呈阶梯式降落3较弱的泥石流沟槽，但有大的阻力沟槽由滚动 的砾石和卵石 组成，沟槽常因稠密的的灌丛而被严重阻塞，沟槽凹凸不平 ，表面因大石块而突起4流域在山区中下游的泥石流沟槽，沟槽经过 光滑的岩面，有 时经过 具有大小不一的阶梯跌水的沟床，在开阔河段有树枝 、砂石停积阻塞，无水生植物5流域在山区或近山区的河槽，河槽经过砾 石、卵石河床，由 中小粒径能完全滚动 的物质组 成，河槽阻塞轻微，河岸有草 本及木本植物，河底降落较均匀泥石流粗糙率系数取值表 2、泥石流流量(1)汇水面积法；按同一汇水面积内的清水流量乘以沟谷形态和粗糙率修正系数求。

QC： 泥石流的流量Qb ：清水流量φ：修正系数， q河床阻塞附加流量2)形态调查法：以过流断面面积与流速的乘积计算 Fc-泥石流流体横断面面积Vc-泥石流流速五、泥石流灾害的评估与预测韦方强等根据总平均损失最小原则,建立了不。