典型地质灾害之四-----泥石流

泥石流工程地质研究一、泥石流及其分布二、泥石流形成条件三、泥石流分类四、泥石流地区道路位置选择五、泥石流的防治措施18:02145-2重点：泥石流定义及形成条件；泥石流野外识别难点：泥石流防治方案选择泥石流工程地质研究泥石流(debrisflow)是指在水流冲力和重力共同作用下的一种特殊侵蚀形式，也称为混合侵蚀（mixederosion）。一、泥石流的定义•前苏联：泥石流是固体物质含量高，泥沙剧增的暂时性山道河床洪流。•日本：泥石流是泥石含量多于水量，水流不是泥石流搬运介质，而是含水的粥状泥沙在其自身重力作用下的运动现象。一、泥石流的定义•英国：泥石流是介于水流与滑坡之间的一系列过程，包括有重力作用下的松散物质、水体和空气构成的块体运动。•我国：一部分学者认为泥石流是介于崩塌、滑坡等块体运动与水流之间的一系列连续过程，泥石流的形成过程是固液两相物质在山区坡地或沟道内相互作用的过程。–另一部分学者认为泥石流是斜坡上的松散物质被暴雨或积雪、冰川的强烈消融的水所饱和、在重力与水的作用下沿山坡或沟谷流动的特殊洪流。概念：泥石流是山区由于暴雨、冰雪融水激发含有大量泥沙、石块的暂时性急水流。二、泥石流的特征•泥石流是一种含有大量泥沙和石块等固体物质，爆发突然、历时短、来势凶猛，具有强大破坏力的特殊洪流。•泥沙石块体积超过25%，最大可达80%，容重在1.3t/m3以上，最高达2.3t/m3。•泥石流爆发时，象一条褐色巨龙，奔腾咆哮，巨石翻滚，激浪飞溅，石块撞击的声音雷鸣般响彻山谷。突然暴发，历时短暂，来势凶猛，能量巨大，破坏力大。18:02145-7泥石流的危害18:02145-8..•四川省华蓥市溪口镇1989年7月9日至10日发生了百年未遇的特大暴雨，降雨量达886mm/h。溪口镇东侧山体基底的软弱页岩饱水软化、蠕动，导致上覆岩体拉裂、解体。约100万立方米的岩体于10日13时30分突然起动，以15km/min的速度自高程820m的斜坡上向高程300m左右的溪口镇滑去。滑动过程中，滑体因碰撞和跳跃而被粉碎，产生“气垫”效应和冲击波，形成碎屑流。滑体所经之处，农田、房屋全被摧毁吞没，掩埋221人、直接经济损失几百万元。18:02145-9华蓥山溪口泥石流18:02145-102004年7月，云南省德宏州盈江县先后发生了两次特大洪涝泥石流灾害，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。我国泥石流发生地区图18:02145-12二、泥石流形成条件必备条件丰富的松散固体物质陡峻的地形足够的突发性水源18:02145-13（1）松散固体物质（地质条件）在形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物，是泥石流形成的最重要的条件。固体碎屑物质是泥石流发育的基础之一，通常决定于地质构造、岩性、地震、新构造运动和不良的物理地质现象。泥岩、页岩、粉沙岩分布区，岩石容易分散和滑动。岩浆岩等坚硬岩分布区，会风化成巨砾，成为稀性泥石流的物质来源。在地质构造复杂、断裂皱褶发育、新构运动强烈和地震烈度高的地区。岩体破裂严重，稳定性差，极易风化、剥蚀，为泥石流提供了固体物质。（1）松散固体物质（地质条件）18:02145-15（2）地形条件典型的泥石流流域可划分为形成区、流通区和堆积（沉积区）三个区段。18:02145-16该区多为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段，周围山坡陡峻，沟谷纵坡降可达30°以上。斜坡常被冲沟切割，且崩塌、滑坡发育；坡体光秃，无植被覆盖，这样的地形，有利于汇集周围山坡上的水流的固体物质。形成区又可分为汇水动力区和物质供给区。形成区18:02145-17该区多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻而纵坡降较大，常出现陡坎和跌水，泥石流进入本区后极具冲刷能力。流通区形似颈状或喇叭状。非典型的泥石流沟，可能没有明显的流通区。流通区18:02145-18一般位于山口外或山间盆地的边缘，地形较平缓。泥石流至此速度急剧变小，最终堆积下来，形成扇形、锥状堆积体，有的堆积区还直接为河漫滩或阶地。堆积（沉积区）18:02145-1918:02145-2018:02145-21（3）水源条件泥石流形成必须有强烈的地表径流，地表径流是暴发泥石流的动力条件。充分的水源：降雨、冰雪融化、地下水、湖库溃决等都可形成泥石流，最多的是降雨发生的泥石流。中到暴雨是泥石流发生的主要水源，此外，冰雪融化、地下水、湖库溃决也可形成泥石流。降雨以1小时雨强在30以上和10分钟雨强在10以上的短历时暴雨。18:02145-22（4）人为因素人类工程活动的不当可促进泥石流的发生、发展、复活或加重其危害程度。•修建铁路、公路、水渠以及其它工程建筑的不合理开挖。•不合理的弃土、弃渣、采石•滥伐乱垦会使植被消失，山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育，大大加重水土流失，进而山坡的稳定性被破坏，崩塌、滑坡等不良地质现象发育，结果就很容易产生泥石流。18:02145-23•1)不合理开挖：修建铁路、公路、水渠以及其它工程建筑的不合理开挖。有些泥石流就是在修建公路、水渠、铁路以及其它建筑活动，破坏了山坡表面而形成的。如云南省东川至昆明公路的老干沟，因修公路及水渠，使山体破坏，加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡，致使泥石流更加严重。又如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑，几乎每个工程都要劈山填海或填方，才能获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨，使正在施工的挖掘工程现场120人死于滑坡造成的泥石流。18:02145-24•2)不合理的弃土、弃渣、采石这种行为形成的泥石流的事例很多。如四川省冕宁县泸沽铁矿汉罗沟，因不合理堆放弃土、矿渣，1972年一场大雨暴发了矿山泥石流，冲出松散固体物质约lO万立方米，淤埋成昆铁路300米和喜(德)-西(昌)公路250米，中断行车，给交通运输带来严重损失。又如甘川公路西水附近，1973年冬在沿公路的沟内开采石料，1974年7月18日发生泥石流，使15座桥涵淤塞。18:02145-25•(3)滥伐乱垦滥伐乱垦会使植被消失，山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育，大大加重水土流失，进而山坡的稳定性被破坏，崩塌、滑坡等不良地质现象发育，结果就很容易产生泥石流。例如甘肃省白龙江中游现在是我国著名的泥石流多发区。而在一千多年前，那里竹树茂密、山清水秀，后因伐木烧炭，烧山开荒，森林被破环，才造成泥石流泛滥。又如甘川公路石坳子沟山上大耳头，原是森林区，因毁林开荒，1976年发生泥石流毁坏了下游村庄、公路，造成人民生命财产的严重损失。当地群众说：“山上开亩荒，山下冲个光”。三、泥石流特征1、容重泥石流容重是单位体积泥石流流体的重量，单位为t/m3。•其容重大小反映了泥石流结构。–一般稀性泥石流容重1.3～1.8t/m3，粘性泥石流容重＞2.0t/m3，过渡性泥石流在1.8～2.0t/m3之间。–不同容重其含沙量不同，一般含沙量在1000kg/m3以上，最高可达2180.3kg/m3。•泥石流容重受固液相组成、固体物质特性及土体特性影响。通常固体物、大颗粒含量高和比重大的颗粒多容重大；反之，容重小。泥石流容重在同一阵次中随时空不同而变化。一般从上游到下游，容重随固体颗粒的加入而增大；同一流域不同次泥石流，因降水不同和固体物质供给的差异，表现不同的容重。对同一阵而言，通常“龙头”容重较高，此后逐渐降低。1、容重2、粒度组成•泥石流流体中固体颗粒粒度范围很宽，从几微米到几米。一般挟沙洪水和稀性泥石流的粒度组成较均一，粒度范围窄，颗粒离散度小。99%以上是小于2mm的泥沙，其中粗沙占14%～37%、粉沙和粘粒占82%～62%。粘性泥石流粒度组成范围宽，离散度大。其中＞2mm的石块占固体物质重量的65%以上，沙粒占18%左右，粉粘粒占18%左右。3、发生特征（1）、突发性和灾变性泥石流突发性和灾变性泥石流暴发突然，历时短暂，一场泥石流过程一般仅几分钟到几十分钟,给山地环境带来灾变。（2）、波动性和周期性泥石流波动性和周期性泥石流活动时期时强时弱，具有波浪式变化特点，可划分活动期和平静期。（3）、群发性和强烈性泥石流群发性和强烈性泥石流由于降雨的区域性和坡体的稳定性，使泥石流发生常具“连锁反应”。4、泥石流流态特征泥石流既不同于一般径流冲刷，又是在径流冲刷和重力共同作用下的混合侵蚀。因此泥石流流态多样。（1）蠕动流蠕动流泥石流在粗糙沟床上“铺床”前进，或上游供给不足似蛇身匍伏缓慢前进，流速一般在0.3-0.5m/s。（2）层流层动泥石流在沟道平直、坡度不太大的情况下，高浓度的泥石流体呈整体运动，流速变化从5m/s到15m/s，具有极大浮托力，使巨石像游船一样漂浮。（3）紊流：紊动泥石流浆体较稀，或沟道比降大而导致流动湍急，浆体中石块相撞击、摩擦，发出轰鸣。（4）滑动流：滑动泥石流近似层流的整体运动，是在高粘度泥石流“铺床”后，依惯性力作用在“润滑剂”上滑动前进。（5）波动流：波动泥石流实质上是一种特殊的自动形态流，即当沟道泥石流残留层较厚时，在纵坡影响下，较厚浆体在重力作用下，向下形成一个波状流动体，并迅速下泄，与因堵塞形成的阵性流十分相似。4、泥石流流态特征5、泥石流搬运特征泥石流是一种独特的流体，其搬运能力极强。搬运的泥沙、粒度广泛、浓度大，大致可归纳为两类：1、粘性泥石流以蠕动流滑动流成似层流的连续流或阵性流形态将流体搬运出沟。泥沙和水构成一相体，以整体方式搬运松散碎屑物质。2、稀性泥石流以紊流连续流形态将流体搬运出沟。泥沙和水尚未构成一相体，而是两相体，以散体方式搬运松散碎屑物质。6、泥石流堆积物宏观特征（1）泥石流堆积类型堆积扇或堆积锥•稀性泥石流，流体便以一定角度或辐射状散开，形成堆积扇。•粘性泥石流也形成扇状堆积。对沟谷陡峻，固相物质粗大的泥石流，在堆积区常发育成堆积锥。•泥石流堆积扇纵坡较陡，一般在3°～9°之间，部分可达9°～12°，同时堆积扇横比降也比较大，一般在1°～3°之间（而洪积物的纵坡一般在3°以下，横比降一般在1°以下）。堆积阶地泥石流堆积阶地是发育在泥石流沟谷内的一种堆积地貌，是泥石流体在运动过程中由于没有后续流的推动，在沟床两岸或一岸留下原有的堆积而形成的。堆积阶地通常是一种短暂的泥石流堆积现象。侧积侧积是泥石流在运动过程中部分流体或流体中的松散碎屑物质，在边缘产生淤积，这种淤积就是侧积。除上述主要堆积形式外，泥石流还可在运动过程中形成超高堆积，抛高堆积和缝隙堆积等。（1）泥石流堆积类型（2）泥石流堆积物特征1）分层性：泥石流堆积物一般能分出若干层次（层间常存在一个很薄的粗化层或表泥层）。–前者说明，间歇期内降雨或洪水把泥石流堆积物表面的细粒物质带走，剩下一层较粗物质，第二场泥石流到来时覆盖在这层较粗物质之上，–而后者则是第一次泥石流末尾的细粒物质在堆积扇表面形成泥层后，第二次泥石流堆积物直接覆盖在表泥层之上。（2）泥石流堆积物特征2）无分选性：在每层内部泥沙砾粗细混杂，粒径差异很大，无分选性。3）定向排列不明显：粘性泥石流的砾石有微弱定向排列；稀性泥石流的多数砾石有明显的定向排列，在外观上仍给人以无定向排列的感觉。7、泥石流输移和冲淤变化特征泥石流输移特性泥石流输移固体颗粒的形式为悬移、推移和整体输移三种方式，输移量非常巨大。（1）泥石流体结构和悬浮承载能力–粘土矿物颗粒（网格结构）悬着在水体中，构成细粒泥浆。–沙粒与网格结构形成具有网粒(粒膜)结构的粗粒浆体。–石块粗粒与浆体结合构成框架结构。这种特独的结构体，具有强大的悬浮和承载力。（2）泥石流体输移方式和输移能力•泥石流体中颗粒输移可分为单粒输移和整体输移两种形式，其中单粒输移又分为悬移和推移两类。•泥石流因具特有结构，其输移能力巨大，对不同性质泥石流，随搬运条件变化，输移能力和输移形式也在变化。（3）泥石流冲淤方式及冲淤变化泥石流的侵蚀和堆积是泥石流最大灾害的表现。–上游的冲刷造成沟坡、沟床的后退和下切，产生崩坍、滑坡；–下游的堆积，摧毁建筑，淹没良田，损失惨重。18:02145-40四、泥石流分类泥石流水石流泥流1、按所含固体物质成分分为：18:02145-42——沟谷型（2）按