泥石流工程地質(zhì)研究培訓(xùn)講義

泥石流工程地質(zhì)研究第一節(jié)概述

泥石流（debrisflow,mud-rockflow)又稱(chēng)山洪泥流，是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂、石塊的暫時(shí)性急水流。它與一般山洪活動(dòng)的根本區(qū)別是由固體和液體（即土石和水）兩相物質(zhì)組成的流體，其中固體物質(zhì)的含量有時(shí)可超過(guò)水體量。它的特點(diǎn)是在一個(gè)地段上往往突然暴發(fā)，能量巨大，來(lái)勢(shì)兇猛，歷時(shí)短暫，且復(fù)發(fā)頻繁，因此破壞力強(qiáng)大。

世界:有60多個(gè)國(guó)家不同程度地遭受泥石流災(zāi)害，主要是中國(guó)、蘇聯(lián)、美國(guó)、智利、秘魯、奧地利、意大利、尼泊爾、巴基斯坦和日本等。阿爾卑斯山、比利牛斯山脈、亞平寧山脈、喀爾巴阡山脈和高加索山脈,太平洋沿岸,日本山地和安納托里亞西部山地中國(guó):據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有泥石流溝5萬(wàn)多條，其中的大多數(shù)分布在西藏、四川、云南、甘肅。四川、云南多是雨水泥石流，青藏高原則多是冰雪泥石流。每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)20億元，死亡人數(shù)約500名。中國(guó)有70多座縣城，諸多交通干線，許多工礦民居等受到泥石流的潛在威脅。

一.泥石流概況泥石流的分布，受山地環(huán)境制約，具有明顯的區(qū)域性規(guī)律。中國(guó)泥石流的密集地帶，是從青藏高原西端的帕米爾高原向東延伸，經(jīng)喜馬拉雅山區(qū)，穿越波密——察隅山地向東南呈弧形擴(kuò)展，經(jīng)滇西北和川西的橫斷山區(qū)折向東北，沿烏蒙山，北轉(zhuǎn)大涼山、邛崍山過(guò)秦嶺東折，沿黃土高原東南部及太行山、燕山，至遼西、遼東及長(zhǎng)白山地。在地質(zhì)上近期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、復(fù)雜，地震頻繁而強(qiáng)度大，崩滑現(xiàn)象發(fā)育；在地勢(shì)上是我國(guó)臺(tái)階式地形轉(zhuǎn)折最明顯之處，地面高差懸殊、起伏大；在氣候上是濕熱的西南季風(fēng)和東南季風(fēng)向北、西方向推進(jìn)，迂地形升高而易成災(zāi)害暴雨的地帶，降水歷時(shí)短，強(qiáng)度大。中國(guó)泥石流易發(fā)分區(qū)在第一階梯內(nèi)青藏高原山區(qū)，物源條件充足，但因水源條件不充分，暴雨強(qiáng)度和總量均較低，故屬于泥石流輕度易發(fā)區(qū)。在第三階梯內(nèi)的山區(qū)，暴雨形成強(qiáng)度和總量均較大，但地表植被好，物源條件不很穩(wěn)定，故為暴雨泥石流中度易發(fā)區(qū)。在第二階梯內(nèi)山區(qū)，主要受緯向因素決定，大體可分為三區(qū)秦嶺以南廣大山地，屬濕潤(rùn)高中山區(qū)，地形差異大，雨量豐、物源沛豐富，故為暴雨泥石流極易發(fā)區(qū)。秦嶺以北、陰山以南的第二階梯中部地區(qū)，屬半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)，有大片黃土和部分沙漠覆蓋，物源豐富，暴雨強(qiáng)度大而總量不足，是暴雨泥石流的極易發(fā)區(qū)和中等易發(fā)區(qū)相間的過(guò)度區(qū)。廣大的新疆，內(nèi)蒙及甘、寧一部分等第二階梯的北部，屬半干旱和干旱的高中山區(qū)，有大片沙漠、黃土、戈壁，植被稀少，物源豐富而水源不足，故為泥石流輕度易發(fā)區(qū)。二.泥石流的危害嚴(yán)重地制約著山區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)、脫貧致富與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，并導(dǎo)致土地砂石化（荒漠化）程度加快，水土流失加劇和生態(tài)環(huán)境退化等殃及子孫后代的諸多嚴(yán)重問(wèn)題。具體表現(xiàn)在如下四個(gè)方面：1、對(duì)居民點(diǎn)的危害：泥石流最常見(jiàn)的危害之一是沖進(jìn)鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)，摧毀房屋、工廠、企事業(yè)單位及其他場(chǎng)所、設(shè)施。淹沒(méi)人畜，毀壞土地，甚至造成村毀人亡的災(zāi)難。

2、對(duì)公路、鐵路的危害：泥石流可直接埋沒(méi)車(chē)站、鐵路、公路、摧毀路基、橋涵等設(shè)施，致使交通中斷，還可引起、正在運(yùn)行的火車(chē)、汽車(chē)顛覆，造成重大的人身傷亡事故。有時(shí)泥石流匯入河流，引起河道大幅度變遷，間接毀壞公路、鐵路及其他構(gòu)筑物，甚至迫使道路改線，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。3、對(duì)水利、水電工程的危害：主要是沖毀水電站、引水渠道及過(guò)溝建筑物，淤埋水電站尾水渠，并淤積水庫(kù)、磨蝕壩面等。4、對(duì)礦山的危害：主要是摧毀礦山及其設(shè)施，淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產(chǎn)，甚至使礦山報(bào)廢。第二節(jié)泥石流的形成條件降雨流域環(huán)境地形植被松散堆積物（人為的、自然的）分散補(bǔ)給集中補(bǔ)給泥沙匯流（QH）洪水匯流（QB）河溝或坡面QB＋QH＝QCrc＜1.3tf/m3洪水rc≥1.3tf/m3泥石流泥石流形成過(guò)程框圖泥石流的形成，必須具備三個(gè)基本條件：地形條件、地質(zhì)條件和氣象水文條件。一、地形條件在陡峻的山岳地區(qū)，地表崎嶇，高差懸殊，切割強(qiáng)烈，是泥石流分布區(qū)的地形特征。地形高差的大小決定了勢(shì)能的大小，高差越大，勢(shì)能越大，形成泥石流的動(dòng)力條件越充足。當(dāng)堆積于溝谷內(nèi)的松散固體物質(zhì)在暴雨山洪激發(fā)下形成泥石流后，便奔騰洶涌地向下運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)中勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，其運(yùn)動(dòng)速度很快，每秒可達(dá)數(shù)米至十多米。每一處泥石流自成一個(gè)流域，可劃分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。(1)形成區(qū)位于多為三面環(huán)山,一面出口的半圓形寬闊地段，周?chē)露妇ù蠖?0-60°），溝谷縱坡降可達(dá)300以上。斜坡上崩塌、滑坡發(fā)育，無(wú)植被覆蓋，形成區(qū)的面積面積大者可達(dá)數(shù)平方公里至數(shù)十平方公里，愈大、坡面愈多、山坡愈陡、溝壑密度愈大，則泥石流集流快、規(guī)模大，且迅猛強(qiáng)烈。(2)流通區(qū)多為狹窄而深切的峽谷或沖溝，縱坡降較大，極強(qiáng)的沖刷能力，將沖刷下來(lái)的土石攜走。流通區(qū)縱坡的陡緩、曲直和長(zhǎng)短，對(duì)泥石流的強(qiáng)度有很大影響，當(dāng)順直時(shí)，流途通暢，能量大，反之，易堵塞停積或改道，削弱能量。(3)堆積區(qū)為泥石泥物質(zhì)的停積場(chǎng)所。位于山口外或山間盆地的邊緣，地形較平緩。形成扇形、錐形或帶形的堆積體。典型的地貌形態(tài)為洪積扇，呈壟崗起伏、坎坷不平，大小石塊混雜。由于泥石流流域具體的地形地貌條件不同，有些泥石流流域，上述三個(gè)區(qū)段不可能明顯分開(kāi)。二、地質(zhì)條件決定了松散固體物質(zhì)的來(lái)源。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石風(fēng)化破碎、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍、地震頻發(fā)、崩滑災(zāi)害多發(fā)的地段,為泥石流形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。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，它們的粒度成分相關(guān)懸殊，大者為數(shù)十至上百立方米的巨大漂礫，小者為細(xì)砂、粘粒，互相混雜。一旦濕化飽水后，則會(huì)崩解、軟化，易于坍垮而被沖刷。因此，在泥石流形成區(qū)，最常見(jiàn)的巖層是片巖、千枚巖、板巖、泥質(zhì)巖、凝灰?guī)r等軟弱巖層。對(duì)于在植被不發(fā)育，巖石物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，也能成為泥石流提供固體物質(zhì)來(lái)源。粒度成分相關(guān)懸殊，大者為數(shù)十至上百立方米的巨大漂礫，小者為細(xì)砂、粘粒，互相混雜。一旦濕化飽水后，則會(huì)崩解、軟化，易于坍垮而被沖刷。因此，在泥石流形成區(qū)，最常見(jiàn)的巖層是片巖、千枚巖、板巖、泥質(zhì)巖、凝灰?guī)r等軟弱巖層。

侏羅系紅層中發(fā)育的侵蝕地貌類(lèi)型(土林)山坡殘積物侵蝕土柱三、氣象水文條件地表徑流是暴發(fā)泥石流的動(dòng)力條件。其來(lái)源于：暴雨、高山冰雪強(qiáng)烈融化和水體潰決等。泥石流發(fā)生有一定的地區(qū)性和時(shí)間性。在時(shí)間上：多發(fā)生在降雨集中的雨季或高山冰雪強(qiáng)烈消融季節(jié)。通常認(rèn)為泥石流的發(fā)生與前期有較長(zhǎng)時(shí)間的降水有關(guān)。在先有較長(zhǎng)時(shí)間降水的情況下，由于土層含水飽和，徑流系數(shù)加大，匯流時(shí)間縮短，使地表滑動(dòng)力和內(nèi)水壓力加大，又遇突發(fā)性強(qiáng)暴雨，就更容易發(fā)生泥石流。但調(diào)查分析還認(rèn)為，即使前期少雨的情況下，短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)集中暴雨同樣也可以誘發(fā)泥石流，只是在這種情況下，暴雨的強(qiáng)度比前者要大。因此，汛期季節(jié)是泥石流發(fā)生的主要季節(jié)。

四.植被因素

植被的大面積被破壞，特別是森林的大量砍伐，使得山地地表裸露。在降水過(guò)程中，雨滴直接打擊地表，地表土壤受到雨滴擊濺，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，降水的下滲速度降低，地表產(chǎn)流過(guò)程加快。在失去了植被截留和阻滯后，地表徑流水層很快增厚，在山坡上加速流動(dòng)。流動(dòng)過(guò)程中流速加快，沖刷力增強(qiáng)，抗蝕力嚴(yán)重降低的土壤受到嚴(yán)重的沖刷侵蝕，而被徑流帶到溝谷中去。沖刷過(guò)程不僅使細(xì)粒物質(zhì)被帶下，粗顆粒物質(zhì)及大小石塊也被坡面徑流夾裹到溝道中。

(2)河谷型泥石流其流域呈狹長(zhǎng)條形，固體物質(zhì)來(lái)源于溝谷中分散的坍滑體，對(duì)流通區(qū)和堆積區(qū)不能明顯分開(kāi)。第三節(jié)泥石流分類(lèi)一、按泥石流流域形態(tài)分類(lèi)(1)標(biāo)準(zhǔn)型泥石流其流域呈扇形，能明顯劃分出形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。(3)坡面型泥石流其流域呈斗狀，無(wú)明顯流通區(qū)，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連。二、按泥石流的物質(zhì)組成分類(lèi)(1)水石流一般含有非常不均勻的石塊和砂礫（大于2厘米者占80%），粉砂、粘土質(zhì)細(xì)粒物質(zhì)含量少（5%以下）。堆積物常常是很大的粗碎屑物質(zhì)。稀性。(2)泥石流既含有很不均一的粗碎屑成分（大于2厘米者占20%~70%），

，又含有相當(dāng)多的組粒物質(zhì)（粉砂10~20%、粘土質(zhì)5%以上）。有一定的粘結(jié)性，堆積物常形成了粘結(jié)較牢固的土石混合物。稀性或粘性。(3)泥流基本上由細(xì)碎屑和粘土物質(zhì)組成（80~90%），粗碎屑物含量很少，黃土高原地區(qū)分布有此類(lèi)泥石流。稀性或粘性。泥石流型泥流型水石流型三、按泥石流的流體性質(zhì)分類(lèi)

(1)粘性泥石流

含有大量的細(xì)粒粘土物質(zhì)，固體物質(zhì)含量占40-60%，粘性很大。它的密度大（>1.6t/m3）。粘度大于0.3帕秒。浮托力強(qiáng)。有明顯的爬高和截彎取直作用，堆積區(qū)不發(fā)生散流，堆積物無(wú)分選性，較密實(shí)。

(2)稀性泥石流

水是主要成分，固體物質(zhì)占10-40%，且細(xì)粒物質(zhì)少，不能形成粘稠的整體，粘度小于0.3帕秒。水泥漿速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石塊的運(yùn)動(dòng)速度，石塊以滾動(dòng)或躍移方式下泄。堆積區(qū)呈扇狀散流，將原來(lái)的堆積扇切割成條條深溝。堆積物地面較平坦，結(jié)構(gòu)較松散，層次不明顯，沿流途的停積物有一定的分選性。粘性泥石流稀性泥石流四.自然及人為泥石流礦渣泥石流(云南湯丹)礦山棄渣(四川鹽井溝)一泥石流堆積特征堆積物是泥石流強(qiáng)大的侵蝕、輸移和堆積的產(chǎn)物。其隱藏大量的信息。研究其堆積物形成過(guò)程、組成物質(zhì)及物化特征、粒度特征、結(jié)構(gòu)特征、地貌作用過(guò)程，對(duì)于研究泥石流形成歷史，運(yùn)動(dòng)規(guī)律，發(fā)展趨勢(shì)十分重要。（一）侵蝕輸移堆積過(guò)程一）侵蝕過(guò)程侵蝕過(guò)程是指巨大能量的泥石流對(duì)途徑溝坡的破壞過(guò)程，包括：沖刷、撞擊、震動(dòng)、掏刷切坡引起斜坡失穩(wěn)。侵蝕的結(jié)果使溝道變深、變寬，并沿途補(bǔ)充物質(zhì)。1、侵蝕方式

下切蝕侵：飽和前液態(tài)的下切侵蝕，飽和后對(duì)溝床的碰撞、磨蝕、因振動(dòng)產(chǎn)生溝床物質(zhì)液化。強(qiáng)烈者可一蝕至底直到堅(jiān)硬基石，如有強(qiáng)烈者一次下切達(dá)十余米。

側(cè)方侵蝕：表現(xiàn)為側(cè)蝕溝岸，將其物質(zhì)卷入流體中，側(cè)蝕掏空坡底，引起坍塌、滑坡；曲溝段側(cè)蝕，對(duì)曲流凹岸強(qiáng)烈沖刷。朔源侵蝕：由于下切侵蝕迅速加深溝谷后，溝谷源頭因重力侵蝕作用不斷向分水嶺方向后退。

第四節(jié)泥石流的特征2、侵蝕特征1）強(qiáng)度、規(guī)模大。比水的侵蝕強(qiáng)烈的多，如一次可達(dá)十余米，侵蝕模數(shù)大（較一般水土流失而言）。2）突發(fā)性、快速性。有時(shí)在數(shù)小時(shí)或數(shù)分鐘內(nèi)形成巨大侵蝕量，如有的數(shù)分鐘侵蝕量達(dá)萬(wàn)余立方米。3）空間不連續(xù)性。侵蝕動(dòng)力來(lái)源于物質(zhì)的重力運(yùn)動(dòng)能，其在小流域的狹窄溝道較充分，屬于小流域活動(dòng)，孤立的，地域上不連續(xù)。4）時(shí)間上短暫性。一般活動(dòng)在幾分鐘，幾小時(shí)，最多1—2天內(nèi)完成活動(dòng)。3、影響侵蝕的因素

泥石流的稀、粘狀態(tài)，直接影響其結(jié)構(gòu)特征、流速與分布、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。粘性泥石流侵蝕能力大于稀性泥石流。稀性者以碎屑物摩擦、碰撞為主；粘性者沖擊力、震動(dòng)力巨大，沖刷、掏刷力大。泥石流運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)自物質(zhì)重力和水的動(dòng)力。稀性者，二相流狀態(tài)（因固、流速不同），邊界流速較小，故侵蝕力??；粘性者，動(dòng)力主要來(lái)自固體重力，水失去動(dòng)力源性質(zhì)，成為潤(rùn)滑劑。一相流狀態(tài)，垂直及水平分布上流速梯度小，運(yùn)動(dòng)速度快。環(huán)境條件的影響：包括溝坡陡緩，溝道寬窄陡緩變化，沿途被侵蝕區(qū)的巖性，破碎完整性，降水條件影響，植被的影響等。二）輸移過(guò)程指泥石流通過(guò)流動(dòng)，將其固體物質(zhì)由一地移至另一地的過(guò)程，它不同于水流對(duì)泥沙的輸移過(guò)程。水流輸移時(shí)，水是輸移介質(zhì)，泥石是對(duì)象；泥石流是水、固結(jié)合共同完成，粘性泥石流是靠泥沙的重力完成輸移過(guò)程。1、輸移形態(tài)紊動(dòng)輸移形態(tài)：

稀性泥石流低重度、低粘度、結(jié)構(gòu)性差，漿體對(duì)流體內(nèi)部和邊界層的減阻作用小，導(dǎo)致流體內(nèi)部及與床壁間摩擦、碰撞作用強(qiáng)，流體紊動(dòng)性強(qiáng)，呈紊動(dòng)輸移狀態(tài)。

粘性泥石流因容重及受力狀態(tài)不同，具各種輸移形態(tài)。如：

蠕動(dòng)輸移形態(tài)：容重大于2.2T/M3

的泥石流，常稱(chēng)塑性泥石流，結(jié)構(gòu)極完整，整體運(yùn)動(dòng)性強(qiáng)，流速低（一般<0.5m/秒）。

層動(dòng)輸移形態(tài)：容重2.0—2.2T/M3,粘度高，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，減阻作用大，維系整體運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，內(nèi)部穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)快速。

滑動(dòng)輸移形態(tài)：下部層動(dòng)，上部塞流形態(tài)，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，流動(dòng)快速，沖擊力強(qiáng)，強(qiáng)大浮力及支撐能力。介于稀性與粘性之間，容重1.5—2.0T/M3，輸移形態(tài)很復(fù)雜。如容重1.5—1.8T/M3，一般主體是紊動(dòng)輸移；容重1.8—2.0T/M3，一般主體是層動(dòng)輸移。2、輸移過(guò)程1）斷續(xù)的陣性輸移過(guò)程過(guò)程中表現(xiàn)為流動(dòng)與停歇間斷，或快流與慢流交互，陣列式運(yùn)動(dòng)。由于流體的密度大，因而結(jié)構(gòu)性整體性強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度大。運(yùn)動(dòng)中不斷積累運(yùn)動(dòng)能量和消耗能量，彼消此長(zhǎng)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。一場(chǎng)泥石流出現(xiàn)幾陣、幾十陣至上百陣。2）連續(xù)性輸移過(guò)程：往往稀泥石流，容重小，河砂少，粘性、整體性差，抗剪強(qiáng)度小，自由流動(dòng)大，無(wú)需物質(zhì)積累便能自發(fā)沿溝床運(yùn)動(dòng)，直到運(yùn)動(dòng)停止。3）多次泥石流運(yùn)動(dòng)復(fù)合：如后陣壓致前陣，或后陣追逐前陣的運(yùn)動(dòng)。三）堆積過(guò)程泥石流流出山口或流入寬谷后，運(yùn)動(dòng)停止，產(chǎn)生堆積，是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)速度迅速減小，能量急劇降低。地形開(kāi)闊使兩側(cè)失去邊界約束，橫向環(huán)流獲得發(fā)展，流體向兩側(cè)展寬變薄，摩阻力急劇增大，不再運(yùn)動(dòng)而停止。堆積類(lèi)型有：溝口堆積過(guò)程：發(fā)生于山區(qū)小流域的溝口處，堆積主要成扇形、錐形、舌形。出山口后大顆粒首先發(fā)生堆積，在粗大顆粒阻擋下，較細(xì)粒物質(zhì)也隨之堆積，形成與山洪相反的堆積系列。當(dāng)堆積至一定規(guī)模后，后續(xù)流便改道，繞道至低處堆積。可能一場(chǎng)泥石流多處改道堆積或多場(chǎng)泥石流反復(fù)改道，反復(fù)堆積，形成堆積扇。對(duì)于粘性泥石流形成壟崗堆積，由于其結(jié)構(gòu)和整體性，雖然有展寬、平的特征，其整體形態(tài)仍保持，停止運(yùn)動(dòng)后，形成壟崗堆積，后續(xù)流繞過(guò)壟崗，在低處也形成壟崗堆積，不斷反復(fù)，相互超覆和疊置，最終形成扇形或錐形。舌形扇形錐形溝道堆積過(guò)程：溝道堆積十分豐富，復(fù)雜。

滿(mǎn)床堆積。即堆積充滿(mǎn)整個(gè)溝床，發(fā)生于物質(zhì)供應(yīng)不足，導(dǎo)致能量不足的情況，稀性者，均一細(xì)粒的泥石流堆積，無(wú)分選，粗細(xì)物質(zhì)不均，大顆粒先沉積，細(xì)粒繞過(guò)粗粒在前緣形成陡坎，狀似龍頭；粘性者，溝內(nèi)整體堆積，具有龍頭，堆積物也可能被后續(xù)泥石流再一次侵蝕、震動(dòng)液化轉(zhuǎn)為泥石流帶走。有時(shí)被山洪改造形成階地。中泓堆積。泥石流進(jìn)入寬谷后，動(dòng)力不足，在中泓部位發(fā)生龍崗堆積，此堆積極易被后續(xù)山泥石流改造破壞，很難保存。

側(cè)方堆積。多發(fā)生于粘性泥石流寬谷段，因其結(jié)構(gòu)、整體性好，不可能充滿(mǎn)全谷，受自身動(dòng)力約束，在一側(cè)或兩側(cè)堆積，不受溝床邊界影響，形成自由邊界，流體橫向比降大。彎道超高堆積。進(jìn)入彎道受離心力影響，流體涌向凹岸，出現(xiàn)超高現(xiàn)象。一部分粗粒物質(zhì)失去動(dòng)能形成堆積，堆積往往由粗粒構(gòu)成。彎道拋高堆積。若彎道半徑較小，泥石流與溝道強(qiáng)烈碰撞，一部分流體被擊碎而上拋，形成拋高流體而散落堆積于岸坡上。分流堆積過(guò)程。流經(jīng)彎道時(shí)，若超高高度超過(guò)彎道坡高較多，后續(xù)流便在主河的階地、平臺(tái)內(nèi)上形成分流并產(chǎn)生堆積。

縫隙堆積過(guò)程。泥石流堆積于溝谷的基石裂隙內(nèi)，形成堆積的現(xiàn)象。（二）堆積物宏觀構(gòu)造及結(jié)構(gòu)

泥石流堆積與崩塌堆積、河道堆積、冰磧不同?？蓮亩逊e物結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地貌形態(tài)及堆積環(huán)境等角度進(jìn)行鑒別。

泥石流沉積有大小混雜、泥礫、漂礫、擦痕、磨光面、磨圓度差等現(xiàn)象一）宏觀構(gòu)造稀性泥石流：堆積區(qū)呈扇狀散流，將原來(lái)的堆積扇切割成條條深溝。堆積物地面較平坦，結(jié)構(gòu)較松散，層次不明顯，沿流途的停積物有一定的分選性。前端，先沉積，大部分粗大顆粒位于前端，以粗為主，粗細(xì)混雜，粗大礫相互支撐，扁平顆粒疊瓦狀微傾上游，底部有中細(xì)粒聚集層；中部，由于大量水流溢出，將細(xì)粒帶入底部，出現(xiàn)上部粗粒底層細(xì)粒的構(gòu)造；尾部，為挾沙流性質(zhì)以粗砂堆積為主，常出現(xiàn)石線構(gòu)造、疊瓦構(gòu)造。粘性泥石流：堆積區(qū)不發(fā)生散流，堆積物無(wú)分選性,野外最易辨認(rèn)，泥漿將大小粒包裹一起，結(jié)構(gòu)十分致密，細(xì)粒充填大粒之間，巨粒懸浮泥質(zhì)支撐，前端部扁平粒直立狀相互疊加，礫石包裹狀，結(jié)構(gòu)致密，巨礫摻雜。環(huán)狀流線構(gòu)造、反正粒級(jí)層理-混雜構(gòu)造、底泥-混雜構(gòu)造、荷載構(gòu)造等二）結(jié)構(gòu)特征泥石流的結(jié)構(gòu)是由其中的水體量與固體物質(zhì)量之比值以及固體物質(zhì)的粒徑級(jí)配和礦物成分所決定的，存在三種密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)和格架結(jié)構(gòu)。

1網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由粘粒（包括＜0.005mm粘粒和0.05~0.005mm粉粒)和含電解質(zhì)的水所構(gòu)成的，屬細(xì)粒漿所固有,有松散的、較緊密的、緊密的和極緊密的四種狀態(tài)（鏈狀、絮狀、蜂窩狀、聚合狀）。隨著漿體中粘粒成分的增加，自由水愈來(lái)愈少，而束縛在粘粒表面的水化膜又愈來(lái)愈薄，使粒間連結(jié)強(qiáng)度加大。2網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)系由砂粒和細(xì)粒漿體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，屬粗粒漿體所固有。分為懸著型、過(guò)渡型、充填型、嵌入型。砂粒在鏈狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的細(xì)粒漿體中處于沉底狀態(tài)，不能形成網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)；而在其它三種狀態(tài)下就可束縛在結(jié)構(gòu)之中構(gòu)成一個(gè)較均一的整體結(jié)構(gòu)。含砂量愈大和細(xì)粒漿體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)強(qiáng)度愈大，則網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也愈大。3格架結(jié)構(gòu)

是由石塊與具有網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)的粗粒漿體所構(gòu)成，是泥石流體最主要的結(jié)構(gòu)。石塊在粗粒漿體中可有懸浮、支承和沉底三種狀態(tài)。呈現(xiàn)四類(lèi)格架結(jié)構(gòu)：星懸型、支承型、疊置型和鋃嵌型，它們的強(qiáng)度也依次增加。格架結(jié)構(gòu)泥石流體的強(qiáng)度較前兩種結(jié)構(gòu)要大，因而它的沖擊力也最大。尤其是鋃嵌格架結(jié)構(gòu)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)整體性強(qiáng)，石塊間不會(huì)發(fā)生猛烈的撞擊，普遍發(fā)生力的傳遞；它的沖擊力特別大，危害最為嚴(yán)重。二、泥石流地貌特征（一）侵蝕地貌強(qiáng)大沖刷、掏蝕、碰撞作用，對(duì)所經(jīng)溝道改造，破壞作用強(qiáng)烈。破碎坡：泥石流的作用，使坡體大量崩滑，刻蝕等留下許多溝槽，擦痕等行跡，形貌好似山體破碎?；鶐r谷：下蝕、側(cè)蝕、摩擦作用，使基巖面下切、擦痕、磨光等行跡。角峰：兩相鄰泥石流溝發(fā)生側(cè)蝕后，使分水嶺強(qiáng)烈破壞，解體為許多小山峰。（二）堆積地貌堆積扇（錐）：主要地貌形式?？梢允谴闋睢⑸席B式、側(cè)疊式、復(fù)合式。堆積壟崗：是堆積自重壓實(shí)作用下演化而成，尤其粘性泥石流。也有側(cè)積、超高堆積、分流堆積。（三）侵蝕---堆積地貌共同作用形成。階地：山洪對(duì)泥石流堆積物的改造結(jié)果。葫蘆谷：軟硬相間的溝谷，軟谷段侵蝕加寬大量堆積，峽谷難以改造很少堆積，結(jié)果堆積物平面上形似葫蘆。三、泥石流漿體的剪應(yīng)力泥石流體的流變性是最基本的性質(zhì)，它反映了流體的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，控制泥石流力學(xué)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這里討論泥石流漿體（指土粒小于2mm的那部分粗粒漿體）的情況。

流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，有一種抗拒內(nèi)在向前運(yùn)動(dòng)的特性，稱(chēng)為粘性。粘性是流動(dòng)性的反面。運(yùn)動(dòng)著的流體內(nèi)部相鄰兩層間的相互作用力，稱(chēng)為流體的內(nèi)摩擦力。它是流體粘性的表現(xiàn)，又稱(chēng)為粘滯力或粘性摩擦力。流體流動(dòng)時(shí)必須克服內(nèi)摩擦力而作功，從而流體的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫鴵p失掉。

粘附在上板底面的一薄層液體也以速度u隨上板運(yùn)動(dòng)，其下各層液體的速度依次降低，粘附在下板表面的液層速度為零。實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩流體層的速度差△u成正比；與兩層之間的垂直距離△y成反比；與兩層間的接觸面積S成正比，即F若把上式寫(xiě)成等式，就需引進(jìn)一個(gè)比例系數(shù)，即μ

F=內(nèi)摩擦力F與作用面S平行。單位面積上的內(nèi)摩擦力稱(chēng)為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，以表示，于是上式可寫(xiě)成上式只適用于u與y成直線關(guān)系的場(chǎng)合。當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則上式應(yīng)改寫(xiě)成式中

—速度梯度，即在與流動(dòng)方向相垂直的y方向上流體速度的變化率；

—比例系數(shù)，其值隨流體不同而異，流體的粘性愈大，其值愈大，所以稱(chēng)為粘滯系數(shù)或動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱(chēng)為粘度。

公式所顯示的關(guān)系，稱(chēng)為牛頓粘性(內(nèi)摩擦）定律（牛頓1686年實(shí)驗(yàn)提出）。主要有蠕動(dòng)流、紊動(dòng)流和擾動(dòng)流三種，各本構(gòu)方程為：(1)蠕動(dòng)流是一種似層流，流線大致平行，流速0·3～0·5米/秒以下。其流變方程為：

蠕動(dòng)流速一般較小，流速梯度也較小，流體中的石塊移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，流線略受干擾。為了與典型的層流相區(qū)別，故稱(chēng)蠕動(dòng)流。

總之，稀性泥石流多呈紊動(dòng)流。粘性泥石流多為擾動(dòng)流。溝床順直、縱坡平緩而石塊又較小時(shí)，可為蠕動(dòng)流。以上各模型都沒(méi)有考慮滑動(dòng)情況，實(shí)際上高速運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)十分明顯。因其方程理想化、簡(jiǎn)化、運(yùn)動(dòng)的不確定性，以上本構(gòu)方程應(yīng)用相當(dāng)困難。(2)紊動(dòng)流紊動(dòng)流與挾沙水流的紊流大體相同。尤其是稀性泥石流漿體結(jié)構(gòu)十分脆弱，故其流變方程與水流紊流流變方程相同，即：式中：為切應(yīng)力；為泥漿體密度；為混合長(zhǎng)度；為流速梯度；為泥石流體中距溝床底處的流速。

(3)擾動(dòng)流

最常見(jiàn)的一種流態(tài)。漿體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)只遭部分破壞。若流體中無(wú)石塊，流態(tài)則為塞流或?qū)恿鳎魉?米/秒左右）。有石塊，運(yùn)動(dòng)中石塊相互猛烈碰撞,流態(tài)便發(fā)生變化,成為擾動(dòng)流,其流變方程切應(yīng)力為：分別為泥石流運(yùn)動(dòng)時(shí)與結(jié)構(gòu)變化和擾動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)的修正系數(shù)；m為指數(shù)，一般取2；為賓漢極限切力；為流體的粘度（似剛性系數(shù)）；

總之，稀性泥石流多呈紊動(dòng)流。粘性泥石流多為擾動(dòng)流。溝床順直、縱坡平緩而石塊又較小時(shí)，可為蠕動(dòng)流。以上各模型都沒(méi)有考慮滑動(dòng)情況，實(shí)際上高速運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)十分明顯。因其方程理想化、簡(jiǎn)化、運(yùn)動(dòng)的不確定性，以上本構(gòu)方程應(yīng)用相當(dāng)困難。四、泥石流基本特征值的確定泥石流基本特征值也稱(chēng)泥石流運(yùn)動(dòng)參數(shù)，它是定量預(yù)報(bào)泥石流以及設(shè)計(jì)、計(jì)算泥石流防治措施必不可少的數(shù)據(jù)。特征值主要是：泥石流的密度、流速、泥位及方量。1.泥石流密度的確定泥石流流速、流量和方量的計(jì)算，都需要其平均密度值，設(shè)計(jì)、計(jì)算防治工程的結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)，也必須有泥石流的密度值。確定泥石流密度方法有多種，如實(shí)測(cè)法、配樣稱(chēng)重法、基于粘粒含量的計(jì)算法等。這里介紹一種實(shí)測(cè)法，現(xiàn)場(chǎng)選擇剛停積下來(lái)的泥石流堆積物的典型剖面，確定土石成分,確定各占體積百分?jǐn)?shù),用下式計(jì)算：式中：為固體物質(zhì)的的密度（t/m3）；為固體物質(zhì)含量的體積百分?jǐn)?shù)。上述方法只適用于粘性泥石流，對(duì)稀性泥石流不適用。2.泥石流流速的確定

確定泥石流流速的方法：直接觀測(cè)、調(diào)查訪問(wèn)法、躍高法、經(jīng)驗(yàn)公式、理論公式等。下面介紹半理論、半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。(1)稀性泥石流我國(guó)鐵道部第一設(shè)計(jì)院推薦的計(jì)算公式為：

式中：為泥石流斷面平均流速（m/s）；為泥石流體的水力半徑（m），可近似取泥位深度；

I為泥石流泥位（表面）縱坡降（%）；α為阻力系數(shù)，，其中為泥石流的修正系數(shù),，為泥石流密度，為泥石流固體物質(zhì)的密度(2)粘性泥石流我國(guó)陳光曦等根據(jù)在東川幾條典型粘性泥石流溝的觀測(cè)資料等，推導(dǎo)出的計(jì)算公式為：式中：H為泥深（m）；I為泥位縱坡降（‰）；K為流速系數(shù)，可查表獲得3.泥石流流量的確定

流量確定方法有雨洪修正法和泥痕調(diào)查法兩種。(1)雨洪修正法東川泥石流流量計(jì)算改進(jìn)公式為：式中：

為清水流量；為修正系數(shù)；為泥石流堵塞系數(shù)，一般1~3

。具體確定參考有關(guān)書(shū)籍。(2)泥痕調(diào)查法據(jù)泥石流泥痕和溝槽形態(tài)，按下式計(jì)算泥石流流量：

式中：和分別為泥石流過(guò)流斷面的面積和流速。

4.泥石流泥位的確定與洪水位一樣，泥位既可反映泥石流的流速和流量，又可反映泥石流的規(guī)模和危險(xiǎn)度。一旦達(dá)到或超過(guò)危險(xiǎn)泥位（如同洪水的警戒水位）時(shí)，就會(huì)釀成災(zāi)害，所以，泥位也是泥石流定量預(yù)報(bào)和設(shè)計(jì)，計(jì)算防治措施時(shí)的重要參數(shù)之一。泥位標(biāo)高通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)泥痕調(diào)查獲得。5.泥石流方量的確定指泥石流堆積的方量。是表征泥石流危險(xiǎn)度的重要指標(biāo)。確定方法可以是根據(jù)泥石流過(guò)程直接求得；或者是根據(jù)泥石流過(guò)境痕跡，以測(cè)定整個(gè)泥石流沖出物在堆積區(qū)堆積方量的方式求得。

泥石流發(fā)生的判別模式外動(dòng)力條件（R）洪水rc＜1.3tf/m3QC=QB+QH泥石流rc≥1.3tf/m3QC=QB+QH冰川融雪暴雨潰壩地下水流域環(huán)境條件（M）地表?xiàng)l件松散物產(chǎn)狀條件匯流條件運(yùn)移空間條件無(wú)前期降雨有前期降雨第六節(jié)泥石流的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及危險(xiǎn)性評(píng)估

大體上包括幾個(gè)方面的內(nèi)容：空間預(yù)測(cè)；時(shí)間預(yù)報(bào)；暴發(fā)危險(xiǎn)度的判定;危險(xiǎn)性評(píng)估。一、泥石流時(shí)間預(yù)報(bào)

泥石流的暴發(fā)，是在一定的地形、地質(zhì)條件下，由于強(qiáng)烈的地表徑流激發(fā)所致，因此，有可能用臨界降水量或臨界徑流量這一指標(biāo)來(lái)預(yù)報(bào)泥石流。災(zāi)害暴雨，它的定義是：突如其來(lái)的、稀遇的、強(qiáng)度大的、能造成災(zāi)害的猛烈降雨。由此激發(fā)的泥石流，即為災(zāi)害暴雨泥石流。預(yù)報(bào)的主要?dú)庀笾笜?biāo)有：季節(jié)指標(biāo)、天氣尺度系統(tǒng)指標(biāo)、日暴雨量指標(biāo)及小時(shí)雨強(qiáng)指標(biāo)。災(zāi)害暴雨泥石流發(fā)生季節(jié)，有明顯的地區(qū)差異，根據(jù)這一差異，可提出各地區(qū)泥石流預(yù)報(bào)的月份指標(biāo)。天氣尺度系統(tǒng)地區(qū)差異明顯。沿海地區(qū)主要是熱帶風(fēng)暴，西南、西北地區(qū)主要是低渦和切變線，根據(jù)歷史上及近來(lái)的泥石流資料統(tǒng)計(jì)分析，依其影響的天氣系統(tǒng)的主次，確定各地區(qū)預(yù)報(bào)的主要和次要天氣系統(tǒng)指標(biāo)。各地發(fā)生泥石流的暴雨量級(jí)差別甚大。如東南沿海地區(qū)及四川盆地邊緣山地，特大或大暴雨（>200mm或100-200mm）才能發(fā)生災(zāi)害性泥石流；在西北地區(qū)，大雨（20-50mm）就有可能發(fā)生災(zāi)害性泥石流。發(fā)生災(zāi)害暴雨泥石流的雨強(qiáng)指標(biāo)也存在差別。已發(fā)生的一些典型災(zāi)害暴雨泥石流的雨強(qiáng)資料，結(jié)合日雨量指標(biāo)分析，即可提出各地區(qū)災(zāi)害暴雨泥石流預(yù)報(bào)的小時(shí)雨強(qiáng)指標(biāo)。二、泥石流空間預(yù)測(cè)

主要是編制不同比例尺的泥石流分布圖。小比例尺泥石流分布圖也可叫一覽圖，判明泥石流危險(xiǎn)地區(qū)的概略分布狀況，中、大比例尺泥石流分布圖一般在泥石流危險(xiǎn)地區(qū)編制。中比例尺泥石流分布圖的比例尺1：10萬(wàn)——1：50萬(wàn)。主要任務(wù)是研究泥石流形成的一般規(guī)律和它的形成條件，估算危險(xiǎn)度。大比例尺泥石流分布圖的比例尺1：1萬(wàn)——1：5萬(wàn)。詳細(xì)評(píng)價(jià)泥石流現(xiàn)象，泥石流溝流域的特征，用以擬定泥石流防治措施和組建定位觀測(cè)的基本圖件。

暴雨泥石流發(fā)生與否的綜合判別式Y(jié)＝R·M式中：Y一泥石流發(fā)生與否的綜合指標(biāo)。當(dāng)Y＞35時(shí)，發(fā)生泥石流的機(jī)率約為85％；當(dāng)Y<25時(shí)，不發(fā)生泥石流的機(jī)率約為83％。當(dāng)Y＝25～35時(shí)，即介于泥石流可能發(fā)生與不發(fā)生之間。R一一降雨條件函數(shù)M一一流域環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)。YM3.58.411.37R3.110.8526.0435.2474.214.7035.2847.75410.03584113.7三、泥石流暴發(fā)危險(xiǎn)度的判定泥石流溝易發(fā)程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)泥石流溝易發(fā)程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)極易發(fā)（嚴(yán)重）總分>114Y>35各項(xiàng)影響因素均很活躍，處境嚴(yán)峻有一觸即發(fā)之勢(shì)，發(fā)生泥石流可能性很大中等易發(fā)（中等）114>總分>8735>Y>25各項(xiàng)影響因素活躍，個(gè)別因素很活躍，發(fā)生泥石流可能性較大輕度易發(fā)（輕度）87>總分>4025>Y>10各項(xiàng)影響因素不很活躍，有可能發(fā)生泥石流不易發(fā)生總分<40Y<10各項(xiàng)影響因素均較穩(wěn)定，發(fā)生泥石流可能性較小降雨條件函數(shù)RR=K(H24/H24(D)+H1/H1(D)+H1/6/H1/6(D))式中：H24－－24小時(shí)或日降雨量（毫米）H1－－最大小時(shí)降雨量（毫米）H1/6－－最大十分鐘降雨量（毫米）K－－有前期降雨的修正系數(shù)H24(D)－－可能發(fā)生泥石流的24小時(shí)降雨量限界值H1(D)－－可能發(fā)生泥石流的1小時(shí)降雨量限界值H1/6(D)－－可能發(fā)生泥石流的十分鐘降雨量限界值R<3.1安全雨情R≧3.1可能發(fā)生雨情R=3.1～4.2發(fā)生幾率<0.2R=4.2～10發(fā)生幾率0.2～0.8R>10發(fā)生幾率>0.8各地區(qū)限界雨量值表年降雨分區(qū)H24(D)H1(D)H1/6(D)Ho(D)代表地區(qū)>1200100401270浙江、福建、臺(tái)灣、廣東、廣西、江西、海南、湖南、湖北、安徽、河南、京郊、遼東及云南西部、西藏東南部等省山區(qū)1200-80060201035四川、貴州、云南東部、陜西南部、河南、山西東部、河北西部、吉林、黑龍江、遼寧西部等省山區(qū)800-4003015620陜西北部、新疆部分、內(nèi)蒙、寧夏、山西、甘肅、四川西北部、西藏等省山區(qū)<4002515515西藏、新疆、青海及甘肅、寧夏兩省黃河以西地區(qū)流域環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)

15M==∑KI·Ni

i=1式中：