陜北典型黃土泥流發(fā)育規(guī)律及其防治對(duì)策

1、報(bào)告提綱項(xiàng)目研究意義項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國內(nèi)外動(dòng)態(tài) 擬研究內(nèi)容技術(shù)路線項(xiàng)目研究意義 泥流是黃土高原常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，它爆發(fā)突然，來勢兇猛而迅速，破壞力強(qiáng)，對(duì)黃土高原區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來了很大的麻煩并造成嚴(yán)重的危害。在陜北地區(qū)泥流往往沖進(jìn)村莊和城鎮(zhèn)，毀壞房屋、工廠、企事業(yè)單位及各種設(shè)備和設(shè)施，還掩埋人畜和農(nóng)田，甚者造成村毀人亡。 危害1971、7、23：清澗縣普降暴雨，清澗河暴發(fā)特大粘性泥流，容重高達(dá)2t/m3，沖毀房屋400余間，農(nóng)田2400余畝，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。1977、7、56：延河流域于發(fā)生大面積特大暴雨，延河暴發(fā)泥流，延安城嚴(yán)重受害，摧毀房屋5000多間，掩埋農(nóng)田12.01Km

2、2,死亡134人。1957-1982，神木縣共出現(xiàn)大暴雨70次，平均每年2-3次。大暴雨期間，各河流一般均出現(xiàn)泥流。神府煤田多是露天開采，礦坑多修建在河流的高河漫灘或I級(jí)階地上，泥流暴發(fā)，礦坑常被沖毀或淹埋，泥流還將大量煤炭沖走，最大煤塊可達(dá)5000kg以上。1971、7、25：神木縣突降大暴雨，窟野河流域暴發(fā)特大泥流，沖毀公路71km。1976年窟野河暴發(fā)泥流，將縣城公路大橋摧毀。對(duì)農(nóng)業(yè)的危害造成極其嚴(yán)重的水土流失。對(duì)7條溝道在8年期間的土壤流失總量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，泥流就占了62.9，其中最大一次泥流就占了31.4。由于泥流產(chǎn)生了大量的水土流失，從而造成黃河高含沙水流甚至出現(xiàn)泥流。毀壞農(nóng)田。

3、黃土高原每年約有數(shù)萬畝耕地遭受泥流襲擊，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。1993年8月3日延安市突降大暴雨，延河流域暴發(fā)泥流，毀壞農(nóng)田21306畝。 沖毀淤地壩。 1977年7月5日，1978年7月23日，1993年8月3日，曾在陜西省的子長縣、綏德縣、安塞縣、清澗縣、子洲縣、延安市，發(fā)生了大暴雨和特大暴雨，許多溝谷暴發(fā)泥流沖毀淤地壩其中以綏德和清澗兩縣最為嚴(yán)重，80以上的淤地壩被泥流毀壞。2006年月11日凌晨，受號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨影響，石磨下村附近山體多處發(fā)生淺表層土質(zhì)滑坡，并由這些滑坡作為起動(dòng)條件形成了泥石流，共造成人死亡，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)158萬元。 浙江省慶元縣荷地鎮(zhèn)石磨下村泥石流災(zāi)害控制房屋

4、建設(shè)規(guī)模，禁止擠占行洪通道村莊擠占溝口，泥石流爆發(fā)時(shí)沖毀房屋，11人死亡（四川鹽源，2006） 泥石流排導(dǎo)槽被建筑垃圾堆填，排洪能力減弱。避免在沖溝內(nèi)排放垃圾注意訪問和實(shí)地調(diào)查泥石流的發(fā)生歷史四川瀘定杵尼鄉(xiāng)泥石流災(zāi)害毀壞房屋和土地通過正常洪水水位線來觀測泥石流測定泥石流堆積和泥位高度寶天鐵路泥石流姑海泥石流因此，深入調(diào)查陜北地區(qū)泥石流的形成條件、分布規(guī)律、分類、研究泥流的機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提出相應(yīng)的防治對(duì)策對(duì)該區(qū)的防災(zāi)工作和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展具有重大的減災(zāi)現(xiàn)實(shí)意義，是非常必要的。項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國內(nèi)外動(dòng)態(tài)一、泥石流分類 1、按山地地貌形態(tài)坡面型泥石流、溝谷型泥石流、河谷型泥石流。 2、按泥

5、石流固體物質(zhì)組成泥流、水石流、泥石流。 3、按物質(zhì)狀態(tài)粘性泥石流 、稀性泥石流 。 4、按誘發(fā)因素暴雨型泥石流、潰決型泥石流、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、按泥石流發(fā)展階段 發(fā)展期泥石流，旺盛期泥石流和衰退期泥石流 。 溝谷型泥石流坡面型泥石流河谷型泥石流凍融泥流華山水石流9.24泥石流后的北川縣城 二、泥石流的形成條件 泥石流的形成必須同時(shí)具備以下3個(gè)條件：陡峻的便于集水、集物的地形、地貌；有豐富的松散物質(zhì)；短時(shí)間內(nèi)有大量的水源。 （一）地形地貌條件（二）松散物質(zhì)來源條件 （三）水源條件 項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國內(nèi)外動(dòng)態(tài)但是,泥石流

6、溝內(nèi)的植被條件及人類工程活動(dòng)均只能通過強(qiáng)化或弱化泥石流形成的三個(gè)基本因子來體現(xiàn)對(duì)泥石流的影響。 崩滑流物源采礦棄渣及尾礦庫 三、泥石流模型 20世紀(jì)90年代前,賓漢體模型、膨脹體模型、粘塑體模型、顆粒流模型和兩相流模型是多年來進(jìn)行粘性泥石流和稀性泥石流研究過程中主要采用的力學(xué)模型. 1、賓漢體模型: =B+adu/dy (1)式中,切應(yīng)力(kPa);B屈服應(yīng)力(kPa);a剛度系數(shù);du/dy剪切速率.B和a由流變?cè)囼?yàn)確定,由一定數(shù)量的粒徑D 0.01mm的粘粒決定。無粘性的粗顆粒通常不會(huì)增大B,但卻可增大a. 項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國內(nèi)外動(dòng)態(tài)2、膨脹體模型:將泥石流體視為膨脹體，其主要依據(jù)是Bag

7、nold對(duì)高濃度粗顆粒中性懸浮液在同心圓筒間所作的剪切試驗(yàn)，即 Pyy=aiP(D)2(du/dy)2cos (2) Pxy=Pyytg(2a)式中,Pyy,Pxy顆粒間碰撞產(chǎn)生的正應(yīng)力和切應(yīng)力(亦稱離散應(yīng)力);Ai試驗(yàn)常數(shù);P顆粒濃度;D顆粒粒徑;顆粒間動(dòng)內(nèi)摩擦角;顆粒線濃度.在顆粒慣性區(qū)內(nèi),粒間碰撞作用占優(yōu)勢,可忽略粒間流體的粘性作用;顆粒慣性區(qū)外稱顆粒粘性區(qū),粒間流體的粘性作用占優(yōu)勢,顆粒增大了懸浮液的有效粘性,應(yīng)力與剪切速率呈線性關(guān)系.3、粘塑體模型: 將泥石流體視為粘塑性體,其剪切粘塑性泥石流流變模型為 Pxy=Scos+Psin+1(du/dy) (3) Pyy=-P+2(du/d

8、y) (4) 式中,Pyy、Pxy正應(yīng)力和切應(yīng)力;S凝聚力; 內(nèi)摩擦角;P壓力;1,2泥石流體的稠度指標(biāo)和橫向稠度指標(biāo);流變指標(biāo)。 對(duì)均勻顆粒而言,S和均為常數(shù).屈服應(yīng)力(Scos+Psin)隨著顆粒濃度的增大而加大,流變指標(biāo)一般為1 2.4、顆粒流模型:將泥石流體概化為顆粒流,以粒間碰撞作用為主,忽略粒間氣、水的作用.顆粒流的應(yīng)力為： P=Pf+Pd+Pc (5)式中,P總應(yīng)力;Pf摩擦應(yīng)力; Pd彌散應(yīng)力;Pc碰撞應(yīng)力.對(duì)極慢速運(yùn)動(dòng)的高濃度顆粒流而言,Pf占主導(dǎo)地位,Pd和Pc可忽略不計(jì).而對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的顆粒流,情況則相反,但其中Pd和Pc的消長關(guān)系主要視顆粒濃度不同而定,顆粒濃度較低時(shí)(C

9、0.04),Pd為主,可忽略Pc;而顆粒濃度較高時(shí)(C0.35),Pc為主,可忽略Pd;顆粒濃度0.04C0.35時(shí),Pd和Pc的影響處于同樣的數(shù)量級(jí).5、兩相流模型:將泥石流體概化為固相和液相,前者為粒徑較大的沙和塊石,后者為由細(xì)顆粒與水混合形成的均質(zhì)漿體.據(jù)此將泥石流體內(nèi)的作用力簡化為固相和液相、固相顆粒間的作用力.組成液相和固相的臨界顆粒粒徑界限判別式有下述式子 vI (6) K0v* (7) D0K1B/(p-f)g (8) 式中,顆粒沉降速度;D0顆粒臨界粒徑;I泥石流溝床比降;v泥石流平均流速;v*泥石流與溝床的摩阻速度;B液相屈服應(yīng)力;g重力加速度;p,f顆粒密度和液相密度;K0

10、,K1常數(shù),取值范圍:K0=0.251.0,K1=1020.組成液相的最大顆粒粒徑取計(jì)算結(jié)果的最大值.該模型中固液兩相各用一組運(yùn)動(dòng)方程描述,兩相之間則用相間作用力相耦合來描述.。 四、泥石流運(yùn)動(dòng)及沖擊作用 泥石流計(jì)算理論包括流速計(jì)算、沖擊力計(jì)算、流量計(jì)算、粗顆粒啟動(dòng)速度計(jì)算、沖淤計(jì)算、彎道超高及沖擊爬高計(jì)算等,但最主要的應(yīng)是流速計(jì)算和對(duì)防治結(jié)構(gòu)的沖擊力計(jì)算.在此方面,目前我國多從觀測資料出發(fā)建立起一些地區(qū)性的經(jīng)驗(yàn)公式,這些公式均以滿寧公式為基礎(chǔ)修正而成,具有鮮明的地區(qū)性 項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國內(nèi)外動(dòng)態(tài) 泥石流流速是決定泥石流動(dòng)力性質(zhì)的最重要的參數(shù)，也是一個(gè)解決眾多泥石流工程防治問題的主要參數(shù)之一,

11、同時(shí)也是泥石流危害程度的表征 。1、泥石流流速編號(hào)公式形式適用情況推薦單位1經(jīng)過改進(jìn)的斯氏公式，適用于西北地區(qū)的泥石流鐵道第一設(shè)計(jì)院2mc為泥石流糙率數(shù)，可查巴柯諾夫斯基糙率系數(shù)表，適用于水石流和稀性泥石流鐵道科學(xué)研究院西南研究所3適用于稀性泥石流鐵道第三設(shè)計(jì)院4適用于稀性泥石流北京市市政設(shè)計(jì)院5適用于水石流和稀性泥石流鐵道科學(xué)研究院西南研究所泥石流流速公式表 組別溝床特征mc值坡度1糙率最大的泥石流溝槽，溝槽中堆積有難以滾動(dòng)的棱石或稍能滾動(dòng)的大石塊。溝槽被樹木嚴(yán)重阻塞，無水生植物。溝底以階梯式急劇降落。2糙率較大的泥石流溝槽，溝底無急劇突起，溝床內(nèi)均堆積大小不等的石塊，溝槽被樹木所阻塞，溝槽

12、內(nèi)兩側(cè)有草本植物，溝床不平整，有洼坑，溝底呈階梯式降落3較弱的泥石流溝槽，但有大的阻力溝槽由滾動(dòng)的礫石和卵石組成，溝槽常因稠密的的灌叢而被嚴(yán)重阻塞，溝槽凹凸不平，表面因大石塊而突起4流域在山區(qū)中下游的泥石流溝槽，溝槽經(jīng)過光滑的巖面，有時(shí)經(jīng)過具有大小不一的階梯跌水的溝床，在開闊河段有樹枝、砂石停積阻塞，無水生植物5流域在山區(qū)或近山區(qū)的河槽，河槽經(jīng)過礫石、卵石河床，由中小粒徑能完全滾動(dòng)的物質(zhì)組成，河槽阻塞輕微，河岸有草本及木本植物，河底降落較均勻泥石流粗糙率系數(shù)取值表 2、泥石流流量(1)匯水面積法；按同一匯水面積內(nèi)的清水流量乘以溝谷形態(tài)和粗糙率修正系數(shù)求。 QC： 泥石流的流量 Qb ：清水流量

13、 ：修正系數(shù)， q河床阻塞附加流量。（2)形態(tài)調(diào)查法：以過流斷面面積與流速的乘積計(jì)算 。 Fc-泥石流流體橫斷面面積 Vc-泥石流流速五、泥石流災(zāi)害的評(píng)估與預(yù)測 韋方強(qiáng)等根據(jù)總平均損失最小原則,建立了不同損失條件下的泥石流預(yù)報(bào)模型,據(jù)此構(gòu)建了云南蔣家溝泥石流漏報(bào)和誤報(bào)概率,泥石流預(yù)報(bào)條件強(qiáng)調(diào)了當(dāng)日降雨量、前期降雨量和當(dāng)?shù)厝丝诿芏?、?jīng)濟(jì)水平及泥石流威脅對(duì)象確定的K值。 劉希林等確定泥石流的6個(gè)主要危險(xiǎn)因子,即一次泥石流(可能)最大沖出量、歷次泥石流堆積總量、泥石流最大容重、泥石流最大漂礫粒徑、泥石流最大流量和泥石流最大流速。運(yùn)用主因子關(guān)聯(lián)度法及專家系統(tǒng)法建立了泥石流危險(xiǎn)度判定方法,構(gòu)建了一次泥石

14、流危險(xiǎn)范圍預(yù)測模型、泥石流最大危險(xiǎn)范圍預(yù)測模型,建立了泥石流堆積區(qū)危險(xiǎn)度數(shù)學(xué)模型,將泥石流堆積區(qū)危險(xiǎn)度分為極度危險(xiǎn)區(qū)、高度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)、輕度危險(xiǎn)區(qū)和無危險(xiǎn)區(qū)5級(jí),建立了泥石流危險(xiǎn)區(qū)劃分理論。1.防治原則：避強(qiáng)制弱、局部防護(hù)、重點(diǎn)處理、以防為主、綜合防治六、 泥石流防治工程2.防治措施：(1)跨越工程一是指修建橋梁、涵洞，從泥石流溝的上方跨越通過，讓泥石流在其下方排泄，用以避防泥石流。 (2)穿過工程指修隧道、明硐或渡槽，從泥石流的下方通過，而讓泥石流從其上方排泄。(3)防護(hù)工程指對(duì)泥石流地區(qū)的橋梁、隧道、路基及泥石流集中的山區(qū)變遷型河流的沿河線路或其它主要工程措施，作一定的防護(hù)建筑物，用

15、以抵御或消除泥石流對(duì)主體建筑物的沖刷、沖擊、側(cè)蝕和淤埋等的危害。防護(hù)工程主要有：護(hù)坡、擋墻、順壩和丁壩等。(4)排導(dǎo)工程其作用是改善泥石流流勢，增大橋梁等建筑物的排泄能力，使泥石流按設(shè)計(jì)意圖順利排泄。排導(dǎo)工程，包括導(dǎo)流堤、急流槽、束流堤等。(5)欄擋工程用以控制泥石流的固體物質(zhì)和暴雨、洪水徑流，削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以減少泥石流對(duì)下游建筑工程的沖刷、撞擊和淤埋等危害的工程措施。攔擋措施有：欄渣壩、儲(chǔ)淤場、支擋工程、截洪工程等。繞避明硐渡槽高橋跨越及護(hù)墩工程導(dǎo)排槽工程立體格欄壩斜面格欄壩攔沙壩擬研究內(nèi)容此次研究的主要目的是調(diào)查陜北地區(qū)的主要泥流溝固體物質(zhì)堆積、溝床比及暴雨情況，查明誘發(fā)

16、因素，根據(jù)其動(dòng)、靜力學(xué)特征結(jié)合各種方法分析泥流形成機(jī)理，并對(duì)其進(jìn)行分類，總結(jié)該區(qū)泥流分布規(guī)律；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方程，對(duì)每條泥流溝進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，針對(duì)不同類型泥流提出防治對(duì)策。具體研究內(nèi)容1）選擇陜北地區(qū)典型泥流溝進(jìn)行泥流固體物質(zhì)、溝床比、降雨條件、地形地貌、地層巖性、構(gòu)造等的野外調(diào)查，收集第一手現(xiàn)場資料。查明人為誘發(fā)因素，獲得每條泥石流溝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；流域面積、溝長、高差、大于30%坡度面積等;獲得各泥石流溝流域內(nèi)崩塌滑坡體面積; 2）針對(duì)泥流的分布特征、沉積特征、流動(dòng)特性和活動(dòng)特點(diǎn)對(duì)泥流總結(jié)泥流發(fā)育規(guī)律，并根據(jù)物理力學(xué)性質(zhì)特征、泥流的作用強(qiáng)度及規(guī)模和泥流發(fā)育期對(duì)泥流進(jìn)行分類； 3）

17、分析泥流形成機(jī)制及其形成過程； 4）根據(jù)泥流的動(dòng)、靜運(yùn)動(dòng)特征結(jié)合各種方法對(duì)其進(jìn)行分析； 5）構(gòu)建泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方程,對(duì)每條泥石流溝進(jìn)行評(píng)價(jià)； 6）針對(duì)不同類型泥流提出防治對(duì)策。陜北泥石流分布 陜北黃土高原泥流與泥河區(qū)：北界風(fēng)沙區(qū)，南至關(guān)中盆地。海拔10001500m地面覆蓋百余米厚層第四紀(jì)黃土，地貌類型有塬、梁、峁等是黃土泥流與泥河發(fā)育最典型的地區(qū)。 1神府泥流泥河極強(qiáng)度活動(dòng)區(qū)：分布于本省東北部的神木、府谷和佳縣一帶。地形破碎，溝谷縱橫，植被稀少，土質(zhì)疏松，多暴雨，流水侵蝕很強(qiáng)。泥流溝分布最廣泛，幾乎每條溝谷都是泥流溝。各條河流都是泥流河，諸如黃甫川、孤山川、窟野河和佳蘆河等，全是著名的泥河

18、。該區(qū)年侵蝕模數(shù)高達(dá)1000030000tkm2，容重17tm3。 2延綏泥流泥河強(qiáng)度活動(dòng)區(qū)：分布在延安、綏德、米脂、榆林、橫山、子長、清澗、安塞、志丹、靖邊、吳旗等縣(市)，該區(qū)在洛河、延河上游和無定河流域，是我國典型的黃土丘陵區(qū)，地貌以梁細(xì)為主，溝壑密度一般為46km/m2，年侵蝕模數(shù)500015000t/m2，根據(jù)實(shí)測觀測資料，本區(qū)泥流與泥河都較發(fā)育。 3洛宜泥流中度活動(dòng)區(qū)：分布在洛川、宜君、宜川、甘泉、黃陵和延長等縣，地貌類型是黃土塬和破碎塬。 4銅彬泥流弱度活動(dòng)區(qū)：分布在銅川、彬縣、韓城、合陽、澄城、白水、耀縣、淳化、旬邑、長武、永壽、磷游、千陽等縣(市)，黃土連續(xù)堆積，受斷裂構(gòu)造控制，從北向南呈階梯狀降低，地形變化較復(fù)雜，以西部泥流較活躍。 5子午嶺弱泥石流活動(dòng)區(qū)：子午嶺也稱橋山，由石炭二迭系煤系及部分下侏羅統(tǒng)或白堊系地層組成。一般海拔12001600m，最高蜂雙廟梁海拔1763m，植被較好，侵蝕模數(shù)較小。6黃龍山弱泥石流活動(dòng)區(qū)：黃龍山亦稱梁山，由二迭三迭系砂巖及石炭二迭系煤系構(gòu)成，海拔16001700m。山區(qū)梢林茂密，侵蝕模數(shù)較小。技術(shù)路線泥流現(xiàn)場調(diào)查固體物質(zhì)降雨條件地質(zhì)構(gòu)造地形地貌溝床比地層巖性泥流現(xiàn)場調(diào)查泥流的形成條件、特征及分類形成條件地形一般特征泥流分類誘發(fā)因素水源固體物質(zhì)活動(dòng)特點(diǎn)