第十一部分泥石流工程地质研究.ppt

第十一章 泥石流工程地质研究 第一节 概述 泥石流是发发生在山区的一种携带带有大量泥砂 石块块的暂时暂时 性急水流 其固体物质质的含量有时时超过过水量 是介于挟沙 水流和滑坡之间间的土石 水 气混合流或颗颗粒剪切流 它 往往突然暴发 来势凶猛 运动快速 历时短暂 严重地影 响着山区场地的安全 我国地域辽阔 山地众多 而铁路 公路等交通线路跨越的 地貌单元相应绞多 因而所受泥石流危害也大 据统计 我 国铁路沿线泥石流沟多达1400余条 轻则断道阻车 重则 颠覆列车 车毁人亡 例如 成昆铁路北段建成运营15年 中 有78条泥石流沟先后暴发了149次泥石流 7次掩埋车 站 2次冲毁桥梁 3次颠覆列车 近年来 我国泥石流灾害不断发生 在 2003年7月11日22时四川甘孜州丹巴县发 生的特大泥石流灾害造成51人死亡 并将 大金川河阻断 灾情严重 蒋家沟泥石流 蒋家沟是小江流域内最具代表性的一条泥石流沟 流域面积48 6平 方公里 主沟长13 9公里 海拔1042 3269米 植被稀少 崩塌 滑 坡发育 可移动固体物质储量极丰 地形陡峻 降雨充沛 年降雨 量为700 1200mm 并集中于雨季 6 9月 导致泥石流频繁 屡屡成灾 仅1919 1968年的地50年间 就曾7次堵断小江 最长的 一次达6个月之久 据观测 平均每年发生泥石流15场左右 最 多的一年达28场 如此高频率的泥石流 属国内外罕见 泥石流 大多为阵流 异常泥石流有几十阵至几百阵 历时3 4小时 甚至数 十小时 最大流量2820立方米 秒 相当于小江洪峰流量的5倍 最大流速15米 秒 最大泥深5 5米 最高容重2 37吨 立方米 最大 输沙率6079吨 秒 最多一次固体径流总量约200万立方米 蒋家沟 泥石流流态多样 过程完整 类型齐全 是世界上难得的天然泥石 流观测实验研究最理想的基地 抢救人员正奋力抢救被泥石流袭击的妙龄少女 什么是泥石流 泥石流是强大的水流将山坡上散乱的大小石块 泥土 树枝 等一起冲刷到低洼地和山沟里 变成一种黏稠的混杂物 奔 泻而下 老乡们常叫它为 出龙 走龙 等 第二节 泥石流形成条件 泥石流是在有利于大量地表径流突然聚集 有利于水流搬 运大量泥砂石块的特定地形地貌 地质 气候条件下形成的 通常 其形成必须具备下述三个基本条件 一 地形地貌 泥石流大多发生于陡峻的山岳地区 这种陡峻地形条件为泥 石流发生 发展提供了充足的位能 赋予泥石流一定的侵蚀 搬运和堆积能量 一般情况下 泥石流多沿纵坡降较大的 狭窄沟谷活动 每一处泥石流自成一个流域 典型的泥石流 域可划出形成区 流通区和堆积区三个区段 一 形成区 多为三面环山 一面出口的宽阔地段 周围山坡陡峻 地形 坡度多为30度一60度 沟床纵坡降可达30度以上 它的面 积有时可达几十甚至几百平方公里 坡体往往光秃破碎 无 植被段盖 周围斜坡常为冲沟切割 二 流通区 该区是泥石流搬运通过的地段 多系狭窄而深切的峡谷或 冲沟 谷壁陡峻而纵坡降较大 且多陡坎和跌水 所以泥石 流物质进入本区后具极强的冲刷能力 将沟床和沟壁上冲刷 下来的土石携走 三 堆积区 一般位于出山口或山问盆地边缘 地形坡度通常小于5度 由于地形豁然开阔平坦 泥石流动能急剧降低 最终停积下 来 形成扇形 锥形或带形堆积滩 典型的地貌形态为洪积 扇 二 地质条件 流域地质条件决定了松散固体物质的来源 组成 结构 补给 方式和速度等 泥石流强烈发育的山区 多是地质构造复杂 岩石风化破碎 新构造运动活跃 地层频发 崩滑灾害多发的 地段 这样的地段 既为泥石流准备了丰富的固体物质来源 又因地形高耸陡峻 高差对比大 为泥石流活动提供了强大的 动能优势 就区域分布看 泥石流暴发区多位于新构造运动强烈的地震 带或其附近 这是因为深大地层断裂带及其附近地段岩体破碎 崩塌滑坡发育 为泥石流形成提供了丰富的物质基础 在形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的硫松土石堆积物 乃 是泥石流形成的最重要条件 风化作用也为泥石流提供固体物质来源 尤其是在干旱 半干 旱气候带的山区 植被不发育 岩石物理风化作用强烈 在山 坡和沟谷中堆聚起大量的松散物质 使成为泥石流的补给源地 三 气象水文条件 泥石流形成必须有强烈的地表径流 它是暴发泥石流的动力 条件 其通常来源于暴雨 高山冰雪强烈融化和水体溃决 由 此可将它划分为暴雨型 冰雪融化型和水体溃决型等类型 暴雨型泥石流是我国最主要的泥石流类型 总之 水体来源是激发泥石流的决定性因素 除上述自然条件 异常变化导致泥石流现象发生外 人类工程经济活动也不可忽 略 它不但直接诱发泥石流灾害 还往往加重区域泥石流活动 程度 第三节 泥石流特征和工程分类 一 泥石流特征 一 组成 泥石流中含有大量固体物质 其成分主要系源地岩土体 在 整个运动过程中 固体物质的化学成分和矿物成分基本不发 生变化 而其粒度成分的变化则取决于二个方面 一是源地 物质机械组成 二是运动过程中的分选作用 因此同一条泥 石流沟不同部位 或不同期次泥石流 其固相粒度成分都可 有相当大的差别 有从粘粒到巨砾的极宽的颗粒级配 并且 在颗粒级配直方图上一般呈双峰型分布 泥石流体中固体物质与水体的比例关系 对泥石流的性质 有重要影响 固 水比例关系可以用多种指标表示 其中主 要的是密度和含砂量指标 泥石流体的结构是指其中粘粒 粉粒 砂粒 石块等土粒与 含电解质水之间的各种联结和排列形式 它不仅决定着泥石 流体的基本性质 还影响到泥石流的运动 输移和冲淤规律 泥石流体中存在三类密切相关的结构 即网格结构 网粒结 构和格架结构 三 流态 泥石流体的流变性质是其最基本的性质之一 它对泥石流的 力学性质和运动规律有重要影响 四 波动特性 泥石流体与一般水流相比 其流动时具有阵流性和直进性 一般的粘性泥石流能显示出阵流特征 其在流态上属于紊 流和层流的过渡类型 通常它不是挟带土石的水流 而是饱 和碎石土在自重作用下发生的塑性移动现象 泥石流运动过程中还显示出直进性特点 由于其携带大量固 体物质 流动途中遇到沟谷转弯 粗糙不平的沟床或其他障 碍物时 因受阻会填补洼坑和大石块间的孔隙 而将部分物 质停积下来形成残留物 受填补作用影响暂时流量越来越小 直到全部消失完成所谓的 铺床作用 随后 后续的泥石 流便在残留层上快速前进 直至经铺床的沟段接着继续向下 游铺床 一般的粘性泥石流都具有直进性过程 并且粘性越高 冲击 力越大 直进性也越强 由于泥石流形成条件多种多样 因此使得泥石流流态 结构 组成 运动特征及其危害程度各不相同 如我国西北黄土高 原以泥流为土 西南山区暴雨型泥石流较为常见 而青藏高原 多暴发冰雪融化型泥石流 等等 一 单指标分类 按泥石流物质组成划分 1 泥流 以粘土质为主 含少量岩石碎屑或石块 粘度高 向两侧扩展力小 堆积物泥流表面多呈波浪状 前缘形成舌状 或陇岗状 一般破坏力不大 2 水石流 以不均匀的石块或砂砾为主 并与水混合 含少 量粘土 多为暴雨期陡坡岩体崩塌后顺狭窄沟谷流动形成 其 堆积物多为具架空结构的极粗颗粒物质 3 泥石流 由粘土 砂土和石块组成 具有一定的粘结力 堆积物多为粘结牢固的土石混合物 二 泥石流工程分类 2 按泥石流流动性质划分 1 粘性泥石流 固体物质含量大 尤其是含有大量粘土物质 固体物质总量可占40 60 高者达80 整个流体由水 泥砂和石块凝聚成粘稠的浆体 2 稀性泥石流 密度一般为1 2一1 6g cm3 固体物质含量在 10 一40 且细粒物质较少 因而运动过程中浆体速度 最 高可达12m s 远较抉带的石块速度大 3 按泥石流流域特征划分 1 标准型泥石流 流域呈扇形 可明显划分出形成区 流通 区和堆积区 属于典型的泥石流 2 河谷型泥石流 形成区不明显且多为河流上游沟谷 流域 呈狭长条形 固体物质主要来自沟谷中分散性的松散堆积物 3 山坡型泥石流 整个流域面积小 一胶小于1km2 形如 漏斗状 没有明显的流通区 形成区和服积区往往相互连接在 一起 泥石流的防治原则是三个结合 即防治结合 生物措施与工程措施 结合 民办与公助相结合 全面规划 综合治理 防治方案可分以下几种 1 以抑制泥石流发生为主的方案 采取蓄 引水工程 植树造林等控制形成泥石流的水源和松散固 体物质的聚积和启动 以行政管理 法令措施消除激发泥石流的人 为因素 从而在源头上抑制泥石流的发生 2 以疏导泥石流过境为主的方案 采取拦挡 排导 疏通等河道改造工程 调节泥石流流量 消减 龙头能量 促使泥石流分流或解体 拦挡泥石中石块 降低其冲击 力 从而控制通过保护区河道的泥石流流量 流速 便其顺利过境 而不危及两岸保护区的安全 3 以避让泥石流危害为主的方案 在泥石流发生前 采取预防措施 发生过程中采取警报措施 并 对危害原保护对象采取临时加固 撤离等措施 使泥石流过境时灾 害损失减少至最低 4 综合防治方案 针对被保护目标的性质和重要性 采取工程 生物 预警 行政 等措施对泥石流进行抑制 疏导 局部避让等综合措施 以求达到 最佳治理效果和节省投资 。