舟曲泥石流成因的土力学解释.doc

泥石流是指斜坡上或沟谷中松散碎屑物质被暴雨或积雪、冰川消融水所饱和，在重力作用下，沿斜坡或沟谷流动的一种特殊洪流，由舟曲地区的地形图可以看出，舟曲县城处于众山环绕的山谷之中，地势低洼。周围的山脉中又以北边罗家峪方向处最为陡峭。而事实证明，泥石流也正是从这个方向上爆发的。我们可以将这部分山体看做一个巨大的边坡来分析。图一 舟曲县城附近卫星地图图2 舟曲县城地区地质情况舟曲地区地质历经燕山运动和喜马拉雅山造山运动，呈东南-西北隆起延伸，在长期挤压、扩张、褶皱和不断复合过程中，形成地质体不连续、不完整、不稳定，造成多期性断裂构造。如今舟曲境内山高沟深，地形起伏强烈，褶皱断裂发育，软岩分布广，岩体破碎，虽然在时间的作用下，形成现在的形状，但其稳定性并不高。由地质图可以看出，舟曲县城附近的表层土体为灰岩、泥岩、泥灰岩等黏性土。舟曲距离5.12地震震中仅有260多公里，处于四川汶川5.12地震重灾区的内。地震不仅使舟曲地区山体底部比较坚硬的岩体产生一系列的裂缝，使土体的孔隙比上升，造成部分边坡坡顶开裂，当开裂裂缝中积水达到一定程度时，在积水的自重作用下，裂缝不断向下延伸，加大。随着时间的推移，裂缝将越来越深，越来越大。对于山坡的稳定性而言，不仅增加了裂缝内的积水产生的静水压力和滑动力矩，同时不断延伸的裂缝也逐步缩短了土坡滑动面的弧长，降低了土坡稳定系数。山体中透水性不大的细、粉砂和粉土，在地震的均匀周期荷载的作用下，孔隙水压力逐渐增大，有效应力减小，逐渐降为零。部分土体从而处于没有抵抗外荷载能力的状态。即部分土体处于危险的液化状态。这样为后来山体土层的滑离埋下了隐患。在泥石流爆发前，舟曲突降强降雨，地面的自由水通过汶川地震时产生的并随时间已经发展到一定规模的缝隙侵入到土体内部，使得土体中的含水率显著升高，由于水分在土体颗粒中的润滑作用，对于黏性土来说，含水率的增长使得土体的抗剪强度明显降低，这就意味着山体内部潜在的最危险滑动面上的以黏性土为主的土体抗剪能力下降，土壤颗粒之间的摩擦力也在自由水的润滑作用下减小。同时含水率的增加也使土坡滑动面上的土体受到的自重应力增加。在这种情况下，原本可以维持平衡的的边坡的滑动面面的土体的平衡被打破，土体的抗剪强度不足以抵挡滑动面以上土体施加的自重应力，边坡失稳，山体开始沿着滑动面面下滑，土体大规模脱剥离。为泥石流的产生提供了充足的泥沙来源。再来来详细分析一下舟曲县城周围的地形图2 泥石流流域示意图1图3 地形比降示意图 图4 泥石流流域示意图2 如图，根据地形情况，将三眼峪分为3段，其中A-B段沟道比降为92.4，B-E段沟道比降为279，B-F段沟道比降为267；罗家峪分为2段，其中A-C段沟道比降67，C-G段沟道比降214.5。舟曲泥石流的流通区和堆积区分布较广，山体主要土体脱落区域距离县城较远，在重力的作用下，从山体脱落的泥土混杂着雨水等自由水沿着图示路径下泄，由于舟曲地区的土体多为液限较低的粘性土，当土体从原来的边坡上脱落剥离下泄的过程中，土体之间的缝隙急剧加大，更多的自由水进入土体内的空隙中，使得粘性土的含水率超过了土体的液限，这时候，脱离的土体处于一种粘滞、可流动的状态，由于下泄到县城的路径够长，土体有充分的时间在水的作用下由固体状态转变为流体状态。由于舟曲当地的特殊地理位置，这样流动状态的的大量黏性土体在地势的作用下汇集到舟曲县城北面的罗家峪、三眼峪一带低洼的峡谷中，并在重力的作用下往低处排，不幸的是舟曲县城正好位于峡谷的出口，规模庞大的泥石流沿着一条下降速度最快的路径从舟曲县城通过，由于泥石流携带着巨大的势能，给沿途的民房带来毁灭性的灾难。纵观整个舟曲泥石流的产生过程，主要原因为土体中含水率的增加。含水率的增加不仅使得土体的抗剪强度降低，而且也导致了土体中自重应力的增强，最终导致原来稳定的边坡失稳，而舟曲地区的土质多为黏性土，且液限较低，土体在水的作用下容易转变为流体状态，使这次的泥石流的规模如此巨大。然而泥石流的爆发却可以追溯到汶川地震对舟曲地区的破坏。以往的暴雨没有引发泥石流，为什么这一次会爆发呢？从中我们能学习到很多经验。舟曲泥石流告诫我们，在土力学领域中，土体的状态是动态平衡的，正常情况下土体状态化时很小的，甚至可以忽略，人们因此往往忽视了土体状态的改变。而实际上土体在外界环境突然变化的时候，如地震，开挖，堆土等等，土体的应力状态会发生很明显但不显著的变化，虽然土体看上去没有多大变化，但土体内部可