泥石流形成條件及防治措施（ppt）

1、泥石流工程地質(zhì)研究一、泥石流及其分布二、泥石流形成條件三、泥石流分類四、泥石流地區(qū)道路位置選擇五、泥石流的防治措施*145-2重點：泥石流定義及形成條件； 泥石流野外識別難點：泥石流防治方案選擇泥石流工程地質(zhì)研究 泥石流(debris flow) 是指在水流沖力和重力共同作用下的一種特殊侵蝕形式，也稱為混合侵蝕（mixed erosion）。一、泥石流的定義前蘇聯(lián)：泥石流是固體物質(zhì)含量高，泥沙劇增的暫時性山道河床洪流。日本：泥石流是泥石含量多于水量，水流不是泥石流搬運介質(zhì)，而是含水的粥狀泥沙在其自身重力作用下的運動現(xiàn)象。一、泥石流的定義英國：泥石流是介于水流與滑坡之間的一系列過程，包括有重力作

2、用下的松散物質(zhì)、水體和空氣構(gòu)成的塊體運動。我國：一部分學者認為泥石流是介于崩塌、滑坡等塊體運動與水流之間的一系列連續(xù)過程，泥石流的形成過程是固液兩相物質(zhì)在山區(qū)坡地或溝道內(nèi)相互作用的過程。另一部分學者認為泥石流是斜坡上的松散物質(zhì)被暴雨或積雪、冰川的強烈消融的水所飽和、在重力與水的作用下沿山坡或溝谷流動的特殊洪流。 概念：泥石流是山區(qū)由于暴雨、冰雪融水激發(fā)含有大量泥沙、石塊的暫時性急水流。二、泥石流的特征泥石流是一種含有大量泥沙和石塊等固體物質(zhì)，爆發(fā)突然、歷時短、來勢兇猛，具有強大破壞力的特殊洪流。泥沙石塊體積超過25%，最大可達80%，容重在1.3t/m3以上，最高達2.3t/m3 。泥石流爆發(fā)

3、時，象一條褐色巨龍，奔騰咆哮，巨石翻滾，激浪飛濺，石塊撞擊的聲音雷鳴般響徹山谷。突然暴發(fā)，歷時短暫，來勢兇猛，能量巨大，破壞力大。 *145-7泥石流的危害*145-8.四川省華鎣市溪口鎮(zhèn)1989年7月9日至10日發(fā)生了百年未遇的特大暴雨，降雨量達886mm/h。溪口鎮(zhèn)東側(cè)山體基底的軟弱頁巖飽水軟化、蠕動，導致上覆巖體拉裂、解體。約100萬立方米的巖體于10日13時30分突然起動，以15km/min的速度自高程820m的斜坡上向高程300m左右的溪口鎮(zhèn)滑去?；瑒舆^程中，滑體因碰撞和跳躍而被粉碎，產(chǎn)生“氣墊”效應(yīng)和沖擊波，形成碎屑流?；w所經(jīng)之處，農(nóng)田、房屋全被摧毀吞沒，掩埋221人、直接經(jīng)濟損

4、失幾百萬元。*145-9華鎣山溪口泥石流*145-102004年7月，云南省德宏州盈江縣先后發(fā)生了兩次特大洪澇泥石流災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。我國泥石流發(fā)生地區(qū)圖*145-12二、泥石流形成條件必備條件豐富的松散固體物質(zhì)陡峻的地形足夠的突發(fā)性水源*145-13（1）松散固體物質(zhì)（地質(zhì)條件）在形成區(qū)內(nèi)有大量易于被水流侵蝕沖刷的疏松土石堆積物，是泥石流形成的最重要的條件。 固體碎屑物質(zhì)是泥石流發(fā)育的基礎(chǔ)之一，通常決定于地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地震、新構(gòu)造運動和不良的物理地質(zhì)現(xiàn)象。泥巖、頁巖、粉沙巖分布區(qū) ，巖石容易分散和滑動 。巖漿巖等堅硬巖分布區(qū)，會風化成巨礫，成為稀性泥石流的物質(zhì)來源。在地

5、質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷裂皺褶發(fā)育、新構(gòu)運動強烈和地震烈度高的地區(qū)。巖體破裂嚴重，穩(wěn)定性差，極易風化、剝蝕，為泥石流提供了固體物質(zhì)。 （1）松散固體物質(zhì)（地質(zhì)條件）*145-15（2）地形條件典型的泥石流流域可劃分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積（沉積區(qū)）三個區(qū)段。*145-16該區(qū)多為三面環(huán)山、一面出口的半圓形寬闊地段，周圍山坡陡峻，溝谷縱坡降可達30以上。斜坡常被沖溝切割，且崩塌、滑坡發(fā)育；坡體光禿，無植被覆蓋，這樣的地形，有利于匯集周圍山坡上的水流的固體物質(zhì)。形成區(qū)又可分為匯水動力區(qū)和物質(zhì)供給區(qū)。形成區(qū)*145-17該區(qū)多為狹窄而深切的峽谷或沖溝，谷壁陡峻而縱坡降較大，常出現(xiàn)陡坎和跌水，泥石流進入本區(qū)后極具

6、沖刷能力。流通區(qū)形似頸狀或喇叭狀。非典型的泥石流溝，可能沒有明顯的流通區(qū)。流通區(qū)*145-18一般位于山口外或山間盆地的邊緣，地形較平緩。泥石流至此速度急劇變小，最終堆積下來，形成扇形、錐狀堆積體，有的堆積區(qū)還直接為河漫灘或階地。堆積（沉積區(qū)）*145-19*145-20*145-21（3）水源條件泥石流形成必須有強烈的地表徑流，地表徑流是暴發(fā)泥石流的動力條件。 充分的水源：降雨、冰雪融化、地下水、湖庫潰決等都可形成泥石流，最多的是降雨發(fā)生的泥石流。 中到暴雨是泥石流發(fā)生的主要水源，此外，冰雪融化、地下水、湖庫潰決也可形成泥石流。降雨以1小時雨強在30以上和10分鐘雨強在10以上的短歷時暴雨。

7、*145-22（4）人為因素人類工程活動的不當可促進泥石流的發(fā)生、發(fā)展、復(fù)活或加重其危害程度。修建鐵路、公路、水渠以及其它工程建筑的不合理開挖。 不合理的棄土、棄渣、采石濫伐亂墾會使植被消失，山坡失去保護、土體疏松、沖溝發(fā)育，大大加重水土流失，進而山坡的穩(wěn)定性被破壞，崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，結(jié)果就很容易產(chǎn)生泥石流。 *145-231)不合理開挖：修建鐵路、公路、水渠以及其它工程建筑的不合理開挖。 有些泥石流就是在修建公路、水渠、鐵路以及其它建筑活動，破壞了山坡表面而形成的。如云南省東川至昆明公路的老干溝，因修公路及水渠，使山體破壞，加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡，致使泥石流更加

8、嚴重。又如香港多年來修建了許多大型工程和地面建筑，幾乎每個工程都要劈山填?；蛱罘?，才能獲得合適的建筑場地。1972年一次暴雨，使正在施工的挖掘工程現(xiàn)場120人死于滑坡造成的泥石流。 *145-242)不合理的棄土、棄渣、采石 這種行為形成的泥石流的事例很多。如四川省冕寧縣瀘沽鐵礦漢羅溝，因不合理堆放棄土、礦渣，1972年一場大雨暴發(fā)了礦山泥石流，沖出松散固體物質(zhì)約lO萬立方米，淤埋成昆鐵路300米和喜(德)-西(昌)公路250米，中斷行車，給交通運輸帶來嚴重損失。又如甘川公路西水附近，1973年冬在沿公路的溝內(nèi)開采石料，1974年7月18日發(fā)生泥石流，使15座橋涵淤塞。 *145-25(3)濫

9、伐亂墾 濫伐亂墾會使植被消失，山坡失去保護、土體疏松、沖溝發(fā)育，大大加重水土流失，進而山坡的穩(wěn)定性被破壞，崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，結(jié)果就很容易產(chǎn)生泥石流。例如甘肅省白龍江中游現(xiàn)在是我國著名的泥石流多發(fā)區(qū)。而在一千多年前，那里竹樹茂密、山清水秀，后因伐木燒炭，燒山開荒，森林被破環(huán)，才造成泥石流泛濫。又如甘川公路石坳子溝山上大耳頭，原是森林區(qū)，因毀林開荒，1976年發(fā)生泥石流毀壞了下游村莊、公路，造成人民生命財產(chǎn)的嚴重損失。當?shù)厝罕娬f：“山上開畝荒，山下沖個光”。 三、泥石流特征 1、容重 泥石流容重是單位體積泥石流流體的重量，單位為t/m3。其容重大小反映了泥石流結(jié)構(gòu)。一般稀性泥石流容重1

10、.31.8t/m3，粘性泥石流容重2.0t/m3，過渡性泥石流在1.82.0t/m3之間。不同容重其含沙量不同，一般含沙量在1000kg/m3以上，最高可達2180.3kg/m3。泥石流容重受固液相組成、固體物質(zhì)特性及土體特性影響。通常固體物、大顆粒含量高和比重大的顆粒多容重大；反之，容重小。泥石流容重在同一陣次中隨時空不同而變化。一般從上游到下游，容重隨固體顆粒的加入而增大；同一流域不同次泥石流，因降水不同和固體物質(zhì)供給的差異，表現(xiàn)不同的容重。對同一陣而言，通?！褒堫^”容重較高，此后逐漸降低。1、容重2、 粒度組成泥石流流體中固體顆粒粒度范圍很寬，從幾微米到幾米。一般挾沙洪水和稀性泥石流的粒

11、度組成較均一，粒度范圍窄，顆粒離散度小。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%。粘性泥石流粒度組成范圍寬，離散度大。其中2mm的石塊占固體物質(zhì)重量的65%以上，沙粒占18%左右，粉粘粒占18%左右。3、發(fā)生特征（1）、突發(fā)性和災(zāi)變性泥石流 突發(fā)性和災(zāi)變性泥石流暴發(fā)突然，歷時短暫，一場泥石流過程一般僅幾分鐘到幾十分鐘,給山地環(huán)境帶來災(zāi)變。 （2）、波動性和周期性泥石流 波動性和周期性泥石流活動時期時強時弱，具有波浪式變化特點，可劃分活動期和平靜期。 （3）、群發(fā)性和強烈性泥石流 群發(fā)性和強烈性泥石流由于降雨的區(qū)域性和坡體的穩(wěn)定性，使泥石流發(fā)生常具“連鎖反應(yīng)

12、”。 4、泥石流流態(tài)特征 泥石流既不同于一般徑流沖刷，又是在徑流沖刷和重力共同作用下的混合侵蝕。因此泥石流流態(tài)多樣。（1）蠕動流 蠕動流泥石流在粗糙溝床上“鋪床”前進，或上游供給不足似蛇身匍伏緩慢前進，流速一般在0.3-0.5m/s。（2）層流 層動泥石流在溝道平直、坡度不太大的情況下，高濃度的泥石流體呈整體運動，流速變化從5m/s到15m/s，具有極大浮托力，使巨石像游船一樣漂浮。（3）紊流：紊動泥石流漿體較稀，或溝道比降大而導致流動湍急，漿體中石塊相撞擊、摩擦，發(fā)出轟鳴。（4）滑動流：滑動泥石流近似層流的整體運動，是在高粘度泥石流“鋪床”后，依慣性力作用在“潤滑劑”上滑動前進。（5）波動流

13、：波動泥石流實質(zhì)上是一種特殊的自動形態(tài)流，即當溝道泥石流殘留層較厚時，在縱坡影響下，較厚漿體在重力作用下，向下形成一個波狀流動體，并迅速下泄，與因堵塞形成的陣性流十分相似。4、泥石流流態(tài)特征5、泥石流搬運特征 泥石流是一種獨特的流體，其搬運能力極強。搬運的泥沙、粒度廣泛、濃度大，大致可歸納為兩類：1、粘性泥石流以蠕動流滑動流成似層流的連續(xù)流或陣性流形態(tài)將流體搬運出溝。泥沙和水構(gòu)成一相體，以整體方式搬運松散碎屑物質(zhì)。2、稀性泥石流以紊流連續(xù)流形態(tài)將流體搬運出溝。泥沙和水尚未構(gòu)成一相體，而是兩相體，以散體方式搬運松散碎屑物質(zhì)。 6、泥石流堆積物宏觀特征 （1）泥石流堆積類型 堆積扇或堆積錐 稀性泥

14、石流，流體便以一定角度或輻射狀散開，形成堆積扇。粘性泥石流也形成扇狀堆積。對溝谷陡峻，固相物質(zhì)粗大的泥石流，在堆積區(qū)常發(fā)育成堆積錐。泥石流堆積扇縱坡較陡，一般在39之間，部分可達912，同時堆積扇橫比降也比較大，一般在13之間（而洪積物的縱坡一般在3以下，橫比降一般在1以下）。 堆積階地 泥石流堆積階地是發(fā)育在泥石流溝谷內(nèi)的一種堆積地貌，是泥石流體在運動過程中由于沒有后續(xù)流的推動，在溝床兩岸或一岸留下原有的堆積而形成的。堆積階地通常是一種短暫的泥石流堆積現(xiàn)象。側(cè)積 側(cè)積是泥石流在運動過程中部分流體或流體中的松散碎屑物質(zhì)，在邊緣產(chǎn)生淤積，這種淤積就是側(cè)積。 除上述主要堆積形式外，泥石流還可在運動

15、過程中形成超高堆積，拋高堆積和縫隙堆積等。 （1）泥石流堆積類型 （2）泥石流堆積物特征 1）分層性：泥石流堆積物一般能分出若干層次（層間常存在一個很薄的粗化層或表泥層）。前者說明，間歇期內(nèi)降雨或洪水把泥石流堆積物表面的細粒物質(zhì)帶走，剩下一層較粗物質(zhì)，第二場泥石流到來時覆蓋在這層較粗物質(zhì)之上，而后者則是第一次泥石流末尾的細粒物質(zhì)在堆積扇表面形成泥層后，第二次泥石流堆積物直接覆蓋在表泥層之上。（2）泥石流堆積物特征 2）無分選性：在每層內(nèi)部泥沙礫粗細混雜，粒徑差異很大，無分選性。 3）定向排列不明顯：粘性泥石流的礫石有微弱定向排列；稀性泥石流的多數(shù)礫石有明顯的定向排列，在外觀上仍給人以無定向排列

16、的感覺 。 7、 泥石流輸移和沖淤變化特征泥石流輸移特性 泥石流輸移固體顆粒的形式為懸移、推移和整體輸移三種方式，輸移量非常巨大。（1）泥石流體結(jié)構(gòu)和懸浮承載能力粘土礦物顆粒（網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）懸著在水體中，構(gòu)成細粒泥漿。沙粒與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形成具有網(wǎng)粒(粒膜)結(jié)構(gòu)的粗粒漿體。石塊粗粒與漿體結(jié)合構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)。 這種特獨的結(jié)構(gòu)體，具有強大的懸浮和承載力。（2）泥石流體輸移方式和輸移能力泥石流體中顆粒輸移可分為單粒輸移和整體輸移兩種形式，其中單粒輸移又分為懸移和推移兩類。泥石流因具特有結(jié)構(gòu)，其輸移能力巨大，對不同性質(zhì)泥石流，隨搬運條件變化，輸移能力和輸移形式也在變化。（3）泥石流沖淤方式及沖淤變化 泥石流的侵蝕

17、和堆積是泥石流最大災(zāi)害的表現(xiàn)。上游的沖刷造成溝坡、溝床的后退和下切，產(chǎn)生崩坍、滑坡；下游的堆積，摧毀建筑，淹沒良田，損失慘重。*145-40四、泥石流分類泥石流水石流泥流1、按所含固體物質(zhì)成分分為：*145-42溝谷型（2）按地貌特征分為：*145-43山坡型（2）按地貌特征分為：*145-44（3）按流體性質(zhì)分類 粘性泥流；粘性泥石流；稀性泥流；稀性泥石流；水石流1） 粘土礦物組成 粒徑小于1.0mm的顆粒為粘土礦物，呈現(xiàn)出懸浮膠液性質(zhì)，對泥石流性質(zhì)影響頗大。主要的粘土礦物有水云母(伊利石)、綠泥石、蒙脫石、高嶺石、蛭石、埃洛石和海泡石等。此外還有非粘土礦物赤鐵礦、針鐵礦、白云母、滑石、石英

18、、長石、硅藻等礦物。一般粘粒含量3%時，為稀性泥流；5%時為粘性泥石流，介于3%5%間的為過渡性泥石流。（3）按流體性質(zhì)分類 粘土礦物顆粒呈薄片狀具有親水特性。由于水化膜厚度在顆粒表面的邊緣處最薄，相互間產(chǎn)生很大吸引力，形成所謂網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。2）粘土礦物 數(shù)量（濃度）粘土礦物多，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)愈緊密，強度也愈大，從而形成粘性泥石流。粘土礦物含量少，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)松馳，強度低，形成流動性大的稀性泥石流。過渡性泥石流的粘土礦物既可形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，也有鏈條結(jié)構(gòu)，處于不斷地變動中，故性質(zhì)居中。 3）粘土礦物類型一般蒙脫石形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)遠比伊利石、高嶺石所形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)緊密，且強度大得多。故流體的剪切強度、粘滯系數(shù)高。相

19、反，以伊利石形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、綠泥石等形成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)較之松馳，強度小。4）泥石流的性質(zhì)除與固體物質(zhì)多少、粘粒含量有關(guān)外，還與泥石流產(chǎn)地巖性有關(guān)，這就使泥石流性質(zhì)變得十分復(fù)雜。 粘土礦物比表面積大，可將沙、礫石塊包裹起來，在一定的含水量和其他條件下，使源地土石體結(jié)構(gòu)松散，摩擦力和凝聚力降低，極易流失，形成泥石流。粘土礦物的親水特性，使源地土石體增重，易于發(fā)生重力侵蝕，并使泥石流在發(fā)展中易于不斷擴大。 綠泥石、蛭石等吸水膨脹性強的礦物，一旦吸水后促進土巖體崩解、崩坍和滑動，由一般侵蝕轉(zhuǎn)化為泥石流侵蝕。*145-49（4）按泥石流規(guī)模大小分類 小型；中型；大型；特大型（5）泥石流按發(fā)育階段分期 發(fā)育初

20、期；旺盛期；間歇期 *145-50五、泥石流地區(qū)道路位置選擇及防治措施掌握泥石流的獨有特征和發(fā)生發(fā)展規(guī)律，選擇好線路的位置是防治泥石流的最有效措施。一般來說，道路工程通過泥石流區(qū)，應(yīng)遵循以下原則：1繞避處于發(fā)育旺盛期的特大型、大型泥石流或泥石流群，以及淤積嚴重的泥石流溝；2遠離泥石流堵河嚴重地段的河岸；3線路高程應(yīng)考慮泥石流發(fā)展趨勢；*145-514峽谷河段以高橋大跨通過；5寬谷河段，線路位置及高程應(yīng)根據(jù)主河床與泥石流溝淤積率、主河擺動趨勢確定；6線路跨越泥石流溝時，應(yīng)避開河床縱坡由陡變緩和平面上急彎部位；不宜壓縮溝床斷面，改溝并橋或溝中設(shè)墩；橋下應(yīng)留足凈空；7嚴禁在泥石流扇上挖溝設(shè)橋或作路塹

21、。*145-52道路通過泥石流地區(qū)的具體位置，通常有五種方案可供比選：鐵路通過泥石流區(qū)的方案*145-53六、泥石流的防治措施對于大型的嚴重發(fā)育的泥石流地段，一般繞避為好。萬一無法繞避的，在調(diào)查泥石流活動規(guī)律后，選擇有利位置，采用適宜的建筑物通過。*145-54格柵壩（一）攔擋工程主要用于上游形成區(qū)的后緣，主要建筑物是各種形式的壩。它的作用主要是攔泥滯流和護床固坡。谷坊群*145-55（二）排導工程主要用于下游的洪積扇上，目的是防止泥石流漫流改道。減小沖刷和淤積的破壞以保護附近的居民點、工礦點和交通線路。排導工程主要包括排導溝、渡槽、急流槽、導流堤、排洪道等。*145-56（三）水土保持水土保

22、持是泥石流的治本措施。其措施包括平整山坡、植樹造林，保護植被等，維持較優(yōu)化的生態(tài)平衡。生物措施：營造防護林。如營造水源涵養(yǎng)林、水土保持林、溝頭防護林、護堤林、護灘林等；采取各種農(nóng)業(yè)耕作措施。如合理利用土地資源、修建基本農(nóng)田、培肥土壤、等高和間作種植等；采取牧業(yè)措施。防止過度放牧、封山育林草、人工種草、輪作等。工程措施小結(jié)：治水工程。如庫、壩、引水渠、截留溝和導流和分流工程；治土工程。擋土墻、坡腳支護、護岸工程、攔泥壩等；坡面工程。如排洪道、導泥渠、渡槽，以及附屬建筑等?？傊瑧?yīng)建立起良好的泥石流防治體系 泥石流災(zāi)害是多種因素形成的，在防治泥石流時需采取綜合防治措施。防治泥石流發(fā)生體系： 采取全

23、方位的治坡、治溝和治灘措施，以群眾保護、行政管理、制度法規(guī)約束等，對泥石流流域進行綜合治理，防止和減少泥石流的發(fā)生?？刂颇嗍鬟\動體系 按一定設(shè)計標準和規(guī)范，采取攔擋、調(diào)節(jié)和導排多項工程措施，使泥石流發(fā)生時能順利到達預(yù)定區(qū)域堆積，對保護區(qū)不至造成危害和太大損失。預(yù)防泥石流危害體系 針對泥石流災(zāi)害，在其發(fā)生前采取多種預(yù)防措施，發(fā)生過程采取預(yù)警措施，對危險區(qū)或重點設(shè)施采取保護措施，不致引起嚴重危害，造成巨大損失。七、 泥石流的預(yù)測預(yù)報與防治（一）、預(yù)測、預(yù)報和報警1、預(yù)測： 泥石流預(yù)測是在判別泥石流溝谷基礎(chǔ)上對泥石流爆發(fā)的可能性的預(yù)先確定或?qū)?zāi)害的估計。（1）泥石流溝谷的判別： 泥石流活動的溝谷中，必然留下活動的痕跡，如彎道或岸邊留有沖光面、沖光坑、刻蝕痕跡，以及泥痕、殘余堆積物等，在堆積區(qū)能夠找到粗細混雜的若干層堆積，這些堆積的礫石上流有巨大擦痕和巨大泥秋，形成石?；蚨逊e扇等地貌。1、預(yù)測（2）泥石流溝谷調(diào)查： 溝道中固體物質(zhì)的數(shù)量，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象的規(guī)模、發(fā)育程度；水源大小，可結(jié)合降雨預(yù)報作出分析判斷；溝谷發(fā)育程度的調(diào)查分析。（3）泥石流預(yù)測量化指標： 預(yù)測泥石流暴發(fā)的指標：臨界降雨量指標：一般每小時降雨量在20mm以上，10分鐘的