地質(zhì)災(zāi)害防治工程電子教案

泥石流地質(zhì)災(zāi)害分析與防治中國地質(zhì)大學(xué)〔武漢〕2021年11月2日，云南省11個州〔市〕遭遇暴雨襲擊，局部地區(qū)發(fā)生滑坡泥石流災(zāi)害，其中楚雄彝族自治州楚雄市、雙柏縣災(zāi)情較為嚴(yán)重。截至5日11時，災(zāi)害已造成云南40人死亡，43人失蹤，10人受傷。西舍路鄉(xiāng)的大松樹村被泥石流一分為二幾乎被完全摧毀的新華村下轄水井邊村，該村共有十余名村民遇難鄉(xiāng)村公路及植被遭到破壞，多處坍塌造成山體疤痕累累，三峽庫區(qū)興山縣高陽鎮(zhèn)滑坡-泥石流2021年9月8日早8時，山西襄汾縣新塔公司選礦廠的尾礦庫發(fā)生垮壩，寬約600米，長約3公里泥石流將下游的一個農(nóng)貿(mào)集市和兩個村子的局部房子沖跨。至少造成254人在事故中遇難。省長孟學(xué)農(nóng)引咎辭職。

1概述2我國泥石流分布3泥石流分類4泥石流識別5泥石流的形成條件6泥石流的防治7實例分析目錄1概述泥石流又稱山洪泥流，是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂、石塊的暫時性、突發(fā)性急水流，是介于流水與滑坡之間的一種地質(zhì)作用。典型的泥石流由懸浮著粗大固體碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥漿組成。在適當(dāng)?shù)牡匦螚l件下，大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì)，使其穩(wěn)定性降低，飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力作用下發(fā)生運動，就形成了泥石流。泥石流是一種災(zāi)害性的地質(zhì)現(xiàn)象。泥石流經(jīng)常突然爆發(fā)，來勢兇猛，可攜帶巨大的石塊，并以高速前進(jìn)，具有強(qiáng)大的能量，因而破壞性極大。泥石流所到之處，有摧枯拉朽之勢。，菲律賓南萊特省圣伯納德鎮(zhèn)發(fā)生滑坡泥石流，方圓5至7公里的土地剎那間變成一個巨大泥潭，300多座房屋被埋沒，造成2000余人死亡2005.6.10黑龍江沙蘭泥石流，117人死亡，其中小學(xué)生105人1981年7月，四川全境遭遇百年不遇的特大暴雨。9日凌晨1時許，四川省甘洛縣成昆鐵路上大渡河的一條支流利子依達(dá)溝突發(fā)84萬立方米的大型泥石流，長125米的利子依達(dá)鐵路大橋高15米的1號、2號橋墩被洶涌的泥石流沖毀，兩孔橋梁連同橋墩一道被折斷。1時41分，格里坪開往成都的442次旅客列車由雙機(jī)牽引從尼日車站開出，沿著坡道向著緊連斷橋的奶奶包隧道奔馳。列車駛進(jìn)隧道后曲線運行，1時46分，接近洞口20米，離斷橋70米時，司機(jī)王明儒在潑灑的暴雨中突然發(fā)現(xiàn)險情，立即采取緊急制動措施，用生命中最后的幾秒拉下了關(guān)鍵的死閘和汽笛。英勇的司機(jī)隨機(jī)車一起滑墜到斷橋下面洶涌奔騰的泥石流里，壯烈犧牲。第二臺機(jī)車、行李郵政車、11號硬座車廂也隨著慣性相繼墜入河中。后面的10號和9號車廂翻落在橋下的護(hù)坡上，8號車廂在隧道內(nèi)出軌，7號至1號車廂安然停下。事故造成車上130人死亡，146人受傷，是中國鐵路史上空前慘烈的事故。當(dāng)泥石流涌出溝口后，又沖過大渡河，直搗對岸。在幾分鐘之內(nèi)就將寬達(dá)120米、最深處達(dá)13米的洶涌澎湃的大渡河攔腰截斷，高26米的堵河壩體4小時后潰塌，大渡河上下兩岸遭到了劫掠，沿河公路交通被阻斷半年之久?；卵莼癁槟嗍髂嗍髯鳛橐环N地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，是工程地質(zhì)學(xué)的研究對象之一，同時具有水文學(xué)、流變學(xué)、水土保持學(xué)、地貌學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境學(xué)及災(zāi)害學(xué)等屬性。水文學(xué)者認(rèn)為，泥石流是比洪水密度大得多的特殊洪流；流變學(xué)者認(rèn)為，泥石流是一種多相流體；水土保持學(xué)者認(rèn)為，泥石流是水土流失的一種特殊形式；地貌學(xué)者認(rèn)為，泥石流是塑造地表形態(tài)的一種造貌過程；工程學(xué)者認(rèn)為，泥石流是一種不良物理地質(zhì)現(xiàn)象；環(huán)境學(xué)者認(rèn)為，泥石流是一種破壞環(huán)境的因素；災(zāi)害學(xué)者認(rèn)為，泥石流是一種山地地質(zhì)洪流災(zāi)害。2我國泥石流分布我國泥石流分布受地質(zhì)構(gòu)造、地貌和氣候的控制，決定的泥石流活動及其災(zāi)害具有以下分布規(guī)律：其一為沿斷裂構(gòu)造帶密集分布；其二在地震活動帶成群分布，主要分布于烈度Ⅶ級以上地震區(qū)；其三分布在深切的中、高山區(qū)，尤其第二與第三級階梯間的過渡地帶，普遍有泥石流發(fā)育。常出現(xiàn)在海拔800～2500m，坡面25°～35°，溝床比降100‰～400‰，集水面積0.6～50km2的地區(qū)。泥石流災(zāi)害頻次具有周期性這與氣象等的周期性有一定的內(nèi)在聯(lián)系泥石流災(zāi)害有越演越烈的趨勢這與氣候變暖、人類活動增強(qiáng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系3泥石流分類泥石流流域形態(tài)分類泥石流成因分類泥石流體的物質(zhì)組成分類泥石流流體性質(zhì)分類按泥石流流域形態(tài)分類

標(biāo)準(zhǔn)型泥石流：為典型的泥石流，流域呈扇形，流域面積較大，能明顯地劃分出形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。

河谷型泥石流：流域呈狹長條形，其形成區(qū)多為河流上游的溝谷，固體物質(zhì)來源分散，溝谷中有時常年有水，故水資源豐富，流通區(qū)與堆積區(qū)往往不能明顯分出。

山坡型泥石流：流域呈斗狀，面積一般小于1平方千米，無明顯流通區(qū)，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連。按泥石流成因分類：按泥石流體的物質(zhì)組成分類：泥石流：這是由漿體和石塊共同組成的特殊流體，固體成分從粒徑小于0.005毫米的粘土、粉砂到幾米至10-20米的大漂礫。它的級配范圍之大是其它類型的夾沙水流所無法比較的。這類泥石流在我國山區(qū)的分布范圍比較廣泛，對山區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)危害十分嚴(yán)重。泥流：是指主要發(fā)育在我國黃土高原地區(qū)，以細(xì)粒泥石流為主要固體成分的泥質(zhì)流。泥流中粘粒含量大于石質(zhì)山區(qū)泥石流，粘粒重量比可達(dá)15%以上。泥流含多少量碎石、巖屑，粘度大，呈稠泥狀，結(jié)構(gòu)比泥石流更為明顯。我國黃河中游地區(qū)干流和支流中的泥沙，大多來自這些泥流溝。水石流：是指發(fā)育在大理巖、白云巖、石灰?guī)r、砂巖、礫巖或局部花崗巖山區(qū)，由水和粗砂、礫石、大漂礫組成的特殊流體，粘粒含量小于泥石流和泥流。水石流的性質(zhì)和形成，類似山洪。泥石流水石流按泥石流流體性質(zhì)分類：粘性泥石流：指呈層流狀態(tài)，固體和液體物質(zhì)作整體運動，無垂直交換的高容重〔1.6—2.3噸/立方米〕濃稠漿體。承浮和托懸力大，能使比重大于漿體的巨大石塊或漂礫呈懸移狀〔在特殊情況下，人體也可被托浮懸移，1939年7月四川漢源流沙河泥石流，將一位老太婆浮運1.3公里〕，有時滾動，流體陣性明顯，有堵塞、斷流和浪頭現(xiàn)象；流體直進(jìn)性強(qiáng)，轉(zhuǎn)向性弱、遇彎道爬高明顯，沿程滲漏不明顯。沉積后呈舌狀堆積，剖面中一次沉積物的層次不明顯，但各層之間層次清楚；沉積物分選性差，滲水性弱，洪水后不易干涸。稀性泥石流：指呈紊流狀態(tài)，固液兩相作不等速運動，有垂直交換，石塊在其中作翻滾或躍移前進(jìn)的低容重〔1.2—1.8噸/立方米〕泥漿體。漿體混濁，陣性不明顯，與含沙水流性質(zhì)近似，有股流及散流現(xiàn)象。水與漿體沿程易滲漏、散失。沉積后呈壟崗狀或扇狀，洪水后即可干涸通行，沉積物呈松散狀，有分選性。以上是我國常見的四種分類方案。除此之外，還有：

按水源類型劃分為：降雨型、冰川型、潰壩型；按地形形態(tài)劃分為：溝谷型、坡面型；按泥石流溝的發(fā)育階段劃分為：開展期泥石流、旺盛期泥石流、衰退期泥石流、停歇期泥石流；按泥石流的固體物質(zhì)來源劃分為：滑坡泥石流、崩塌泥石流、溝床侵蝕泥石流、坡面侵蝕泥石流等等?；滦湍嗍鬏^常見，是一種特殊的能量轉(zhuǎn)換體運動類型。它是在很短時間內(nèi)，由滑坡體的位能快速轉(zhuǎn)化為動能的一次性滑動—流動—堆積。滑坡型泥石流的活動是由塊體在整個連續(xù)運動過程中開展的兩個階段(先滑坡，后泥石流)組成。4泥石流識別現(xiàn)代泥石流容易識別，古代泥石流呢？特殊的地貌土包塊石結(jié)構(gòu)2003年巴東三中滑坡4.1泥石流結(jié)構(gòu)特征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)象泥石流沉積構(gòu)造〔宏觀標(biāo)志〕：稀性泥石流：石線構(gòu)造、疊瓦構(gòu)造、礫石支撐-疊置構(gòu)造粘性泥石流：環(huán)狀流線構(gòu)造、反正粒級層理-混雜構(gòu)造、底泥-混雜構(gòu)造、楔狀尖滅構(gòu)造、荷載構(gòu)造、大塊石泥質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)、袋狀構(gòu)造泥石流堆積與崩塌堆積、河道堆積、冰磧〔qi〕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。錐形堆積體：在山區(qū)陡坡段〔坡度大于30°〕坡面上，松散堆積物在強(qiáng)降雨條件下形成泥石流，堆積在坡麓，形成泥石流錐體扇形堆積體：較大規(guī)模泥石流堆積在泥石流溝出口平緩開闊地帶，呈扇形4.3泥石流堆積與冰磧的鑒別沉積構(gòu)造角度鑒別:1〕是否存在流動型各種構(gòu)造是冰磧和泥石流堆積最主要的區(qū)別，冰磧中不存在任何類型的流動構(gòu)造；2〕冰磧的沉積構(gòu)造主要是以冰川固體性質(zhì)有關(guān)的，如傾斜層構(gòu)造、帶狀構(gòu)造等同生構(gòu)造和與推擠有關(guān)的各種次生構(gòu)造；流動的泥石流內(nèi)部存在著差異性運動，碎屑可以左、右、上、下交叉混合，不會形成帶狀構(gòu)造；3〕泥石流中所發(fā)現(xiàn)的圓度較好的土類泥球〔泥球構(gòu)造〕在冰磧中是沒有的，在冰川強(qiáng)有力的推擠下任何土類都會被壓碎；4〕冰川沉積存在沉積旋回，但泥石流沉積旋回更為發(fā)育，泥石流頻率比冰川進(jìn)退頻率高得多。泥石流旋回是通過沖刷礫石層、底泥層反映出來的，是特有的。地形地貌及環(huán)境角度鑒別:泥石流切割強(qiáng)烈的地貌，不同的氣候環(huán)境，更多的是熱帶亞熱帶冰川高原地貌，寒冷的氣候U形谷，冰斗，羊背石，冰臼等標(biāo)志性地貌。植被〔化石〕類型不同5泥石流的形成條件地形條件形成區(qū)流通區(qū)堆積區(qū)地質(zhì)條件豐富的物源氣象條件強(qiáng)烈的地表徑流泥石流形成條件地形條件泥石流形成區(qū)：多為三面環(huán)山,一面出口的半園形開闊地帶,周圍山坡陡峭,多為30—60度的陡坡.

泥石流流通區(qū)：是泥石流通搬運的地段,多為狹窄而深切的峽谷和沖溝,谷壁陡峭而縱坡降較大,且多陡坎和跌水.

泥石流堆積區(qū)：泥石流物質(zhì)的停留場所,一般位于山口或山間盆地邊緣,地形平緩.地質(zhì)條件泥石流活動強(qiáng)烈的山區(qū)，都是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石風(fēng)化碎裂，新構(gòu)造運動活潑，地震頻發(fā)，崩滑災(zāi)害叢生的地段。泥石流形成的最重要條件是大量易于被水流沖刷的疏散土石堆積物。氣象條件泥石流的動力條件——地表徑流是與氣象緊密相關(guān)的，它來源與暴雨，冰雪融化和水體潰決等。暴雨型泥石流此類型的泥石流發(fā)生最為普遍。暴雨是誘發(fā)泥石流的重要因素。但凡山高坡陡，溝壑縱橫，植被較差、土層薄，沒有高大森林，也沒有灌木叢林的山地；當(dāng)遇有暴雨或大暴雨時，最容易發(fā)生泥石流。據(jù)福建南平地區(qū)調(diào)查，在容易發(fā)生泥石流的地形和地質(zhì)條件下，24小時雨量達(dá)140毫米以上時，就有可能誘發(fā)泥石流。降水越強(qiáng)，出現(xiàn)泥石流的時機(jī)越多，災(zāi)害也越嚴(yán)重。當(dāng)24小時雨量達(dá)300毫米以上時，會誘發(fā)形成較重和嚴(yán)重的泥石流。通常認(rèn)為泥石流的發(fā)生與前期有較長時間的降水有關(guān)。在先有較長時間降水的情況下，由于土層含水飽和，徑流系數(shù)加大，匯流時間縮短。但調(diào)查分析還認(rèn)為，即使前期少雨的情況下，短時間內(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)。6泥石流防治泥石流災(zāi)害的治理是在泥石流的形成、流通、堆積區(qū)內(nèi)，采取相應(yīng)的治理工程〔如蓄水、引水工程，攔擋、支護(hù)工程，排導(dǎo)、引渡工程，停淤工程及改土護(hù)坡工程等〕，以控制泥石流的發(fā)生和危害。泥石流的治理工程通常適用于泥石流規(guī)模大，爆發(fā)不很頻繁、松散固體物質(zhì)補(bǔ)給及水動力條件相對集中，保護(hù)對象重要，要求防治標(biāo)準(zhǔn)高、見效快、一次性解決問題的情況。治理工程主要有治水、治土和排導(dǎo)等為主的方案。1〕治水為主的方案：利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水徑流，削減水動力條件，使水土別離，穩(wěn)定山坡。輔之少量攔擋、排導(dǎo)工程穩(wěn)定局部土體，適用于水力類泥石流溝的治理。2〕治土為主的方案：利用攔擋、支護(hù)工程，攔蓄泥石流固體物質(zhì)，穩(wěn)定溝岸崩塌及滑坡；同時輔以排導(dǎo)、截水工程等。適用于土力類崩塌滑坡型泥石流溝的治理。3〕排導(dǎo)為主的方案：利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的危害。4〕綜合治理方案：在具體實施泥石流的防治時，宜采取坡面、溝道兼顧，上下游統(tǒng)籌的綜合治理方案。一般在溝谷上游以治水為主，中游以治土為主，下游以排導(dǎo)為主。典型泥石流防治：1〕泥石流形成區(qū)的防治2〕泥石流流通區(qū)的防治3〕泥石流堆積區(qū)的防治4〕交通線路區(qū)的防治泥石流形成區(qū)的防治泥石流形成區(qū)是全流域防治的重點地段。一般采用植樹造林和護(hù)坡草被，來加強(qiáng)水土保持，并修建坡面排水系統(tǒng)調(diào)節(jié)地表徑流，以防止溝源侵蝕。采取上述措施的目的，是為了減少或消除泥石流固體物質(zhì)的補(bǔ)給來源，以控制泥石流的爆發(fā)。泥石流流通區(qū)的防治泥石流流通區(qū)一般修筑攔擋工程。最常采用的措施是沿溝修筑一系列不高的低壩或石墻，以攔截泥石。壩高一般5m左有，壩身上應(yīng)留有水孔以排泄水流。壩距:L=H/(I-I0)I0=0.093der/RH:壩高I:溝谷縱坡降I0:壩前堆積物外表坡度der:堆積物顆粒平均粒徑R:水力半徑 攔擋工程的作用是攔蓄泥石流固體物質(zhì)，穩(wěn)定溝岸崩塌及滑坡，減小泥石流沖刷和沖擊力，抑制泥石流發(fā)育和爆發(fā)規(guī)模。攔擋工程通常建于泥石流形成區(qū)或形成——流通區(qū)溝谷內(nèi)，其主要類型包括攔砂壩〔實體重力壩〕和格柵壩等。1〕攔砂壩〔實體重力壩〕攔砂壩是泥石流防治中的一種骨干工程，修建在泥石流形成區(qū)中下游或流通區(qū)內(nèi)的永久性工程。功能：攔蓄泥砂，調(diào)節(jié)下泄泥石流的流速、流量和規(guī)模，降低其危害作用，抬高局部溝床，控制溝道侵蝕基準(zhǔn)，形成大范圍回淤，穩(wěn)定溝岸及崩滑體。攔砂壩以圬工重力式結(jié)構(gòu)采用得較為普遍。由預(yù)制或整體澆筑的素混凝土，磚石砌筑構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物，這兩種結(jié)構(gòu)通常統(tǒng)稱為圬工結(jié)構(gòu)。特點：抗壓強(qiáng)度大，而抗拉，抗剪性能較差。適用范圍：圬工結(jié)構(gòu)在工程中常用作以承壓為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如拱橋的拱圈、涵洞、橋梁的重力式墩臺、擴(kuò)大根底及重力式擋土墻等。圬工重力式結(jié)構(gòu)2〕格柵壩格柵壩是用于稀性泥石流和水石流防治的一種工程結(jié)構(gòu)。它能攔蓄泥石流中粗大顆粒，排走泥沙、細(xì)礫和流體中的自由水，使進(jìn)入壩庫的泥石流很快被疏干，到達(dá)水土別離。泥石流停淤固結(jié)之后，格柵和壩體受力減小，平安性增加。格柵壩最適合于攔蓄含巨石、大漂礫的水石流、稀性泥石流和挾帶大量推移質(zhì)的高含沙洪水，也可布置在粘性泥石流與洪水相間出現(xiàn)的溝道；而不適用于攔蓄崩滑體和間發(fā)性粘性泥石流。泥石流堆積區(qū)的防治泥石流堆積區(qū)一般采用排導(dǎo)措施，以保護(hù)附近的居民點、工礦企業(yè)、農(nóng)田及交通線路。主要的排導(dǎo)工程是泄洪道和導(dǎo)流堤。泄洪道：能起到順暢排泄泥石流的作用，使之在遠(yuǎn)離保護(hù)區(qū)停積下來。導(dǎo)流堤：能起到引導(dǎo)泥石流轉(zhuǎn)向作用，必須修筑于出山口處，以確保被保護(hù)對象的平安。這種措施還要有適宜的停積場地與之配套。交通線路區(qū)的防治為了確保交通線路的平安，還需采取一些行之有效的專門防治措施。如跨越泥石流的橋梁、涵洞，穿越泥石流的護(hù)路明洞、護(hù)路廊道、隧道、渡槽等防護(hù)工程。泥石流渡槽泥石流渡槽通常建于泥石流溝流通段或流通——堆積段，與鐵路、公路、水渠、管道或其它線形設(shè)施立體交叉。泥石流通過上面的渡槽以急流形式通過，流速及輸移效率較高，是泥石流災(zāi)害防治常采用的一種排導(dǎo)工程。渡槽使用條件：泥石流爆發(fā)較為頻繁，高含沙水流水交替出現(xiàn)，有沖刷條件的溝道。泥石流最大流量不超過200m3/s，其中固體物粒徑最大不超過1.5m的中小型泥石流。具有足夠的地形高差，滿足線路設(shè)施立體交叉凈空的要求。進(jìn)出口順暢，根底有足夠的承載力并具有較高的抗沖刷能力。溝道遷徙無常，沖淤變化急劇，流量、容重和固體物粒徑變幅很大的高粘性泥石流和含巨大漂礫的水石流那么不宜采用或慎用。成昆鐵路上最大的勒古洛奪泥石流導(dǎo)槽僅此工程假設(shè)按2005的工程造價約可拉動數(shù)億元的GDP明洞工程泥石流明洞與渡槽類似，往往當(dāng)渡槽的寬度超過它的跨度后，就被稱為明洞。明洞頂上一般都有1米以上的土層覆蓋，故保持了溝床的自然形態(tài)。排泄的最大泥石流流量及漂礫直徑均大于渡槽。

明洞的適用條件:泥石流規(guī)模大，流體中含有大石塊較多的溝谷，當(dāng)溝口高差滿足線路凈高要求時，可采用明洞排泄。泥石流溝床縱坡很大，修建渡槽又在構(gòu)造上有困難，亦可采用明洞。線路在堆積扇底下穿過，標(biāo)高又略低于洞頂，且泥石流淤積、漫流不很嚴(yán)重〔或可控制〕，還可明挖施工者，應(yīng)采用潛埋明洞。線路經(jīng)過流通區(qū)溝底穿過，假設(shè)能滿足洞頂標(biāo)高要求，又可明挖施工者，可在流通區(qū)范圍內(nèi)采用明洞通過，這樣可以縮短兩端隧道長度。泥石流災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報泥石流形成的影響因素很多，它的形成機(jī)理與過程復(fù)雜，目前對災(zāi)害形成的機(jī)理的認(rèn)識仍不明確，從而還不能建立基于形成機(jī)理的預(yù)測預(yù)報模型，這是影響災(zāi)害觀測精度的瓶頸。在今后加強(qiáng)泥石流形成規(guī)律的同時，盡可能地利用現(xiàn)有可獲取的信息，提取區(qū)域和單點災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵因素，建立間接的區(qū)域和單點預(yù)報模型，盡可能地提高預(yù)報精度。加強(qiáng)山區(qū)基層的災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力，特別是進(jìn)一步加強(qiáng)群測群防的能力建設(shè)。進(jìn)行全國性的災(zāi)害詳查，確定危險范圍與危險度。對危險區(qū)域及時采取治理與防護(hù)措施。將不便治理的危險區(qū)域中的人，遷往平安地帶。在工程治理中，注重采用生態(tài)工程措施，特