泥石流地质灾害机理及治理设计实例（图文并茂+原创）.ppt

,泥石流地质灾害机理及治理设计（图文并茂原创）,内容泥石流的定义与工程分类泥石流防治工程设计标准泥石流的设计参数计算泥石流防治方案泥石流防治措施泥石流防治工程设计泥石流防治工程实例,泥石流：泥石流是一种自然现象，它是地壳隆起后再夷平过程必然出现的重力侵蚀现象。因此，泥石流的发生是必然的，可以说它是山地环境的一部分。泥石流灾害：由泥石流造成的灾害，包括人员伤亡、财产损失、生态环境和资源破坏，称为泥石流灾害。,泥石流的定义与工程分类,泥石流是松散土体和水的混合体在重力作用下沿坡面流动的现象。,泥石流的定义：,泥石流的形成条件：,地形条件陡峻的地形固体物质条件丰富的松散固体物质水源条件充沛的水源,高频率泥石流沟谷基本上每年均有泥石流发生。固体物质主要来源于沟谷的滑坡、崩塌。泥石流爆发雨强小于24mm/10min。除岩性因素外，滑坡、崩塌严重的沟谷多发生粘性泥石流，规模大；反之，多发生稀性泥石流，规模小。多位于强烈抬升区；岩层破碎，风化强烈，山体稳定性差，滑坡、崩塌发育、植被差。沟床和扇形地上泥石流堆积新鲜，无植被或仅有稀疏草丛。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度大于4%。低频率泥石流沟谷泥石流爆发周期一般在10年以上。固体物质主要来于沟床，泥石流发生时“揭床”现象明显。暴雨时坡面产生的浅层滑坡往往是激发泥石流形成的重要因素。泥石流爆发雨强，一般大于4mm/10min。泥石流规模一般较大，性质有粘有稀。分布于各地构造区的山地。山体稳定性相对较好，无大型活动性滑坡、崩塌。中、下游沟谷往往切于老台地和扇形地内，沟床和扇形地上巨砾遍布。植被较好，常常是“山青水秀”，沟床内灌木丛密布，扇形地多已辟为农田。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度小于4%。,泥石流工程分类：,我国城镇防洪和防治泥石流按城市防洪工程设计规范CJJ50-92的防洪标准采用。,泥石流防治工程设计标准,重要一般设计标准P=2%P=5%校核标准P=1%P=2%,泥石流的设计参数与计算,泥石流流速泥石流流量泥石流径流量泥石流输沙量泥石流密度泥石流冲击力,泥石流流速计算,一般将泥石流分为稀性泥石流和粘性泥石流，采用不同的公式计算。,泥石流流量计算,形态调查法配方法,根据野外调查泥石流的痕迹，测量泥位高和过流断面面积，计算平均流速和流量，再根据其发生时间确定经验频率。,形态调查法,山洪流量计算根据中小流域暴雨洪水计算手册提供的暴雨资料，计算设计暴雨并推求山洪设计洪峰流量。Q=0.278(s/n)FQ设计洪峰流量（m3/s）；洪峰径流系数；汇流时间（h）；n暴雨衰减指数；s暴雨雨力（mm/h）；F流域面积（km2）。,配方法（清水配方法）,泥石流设计流量假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，采用配方法将暴雨洪水流量全部换算为泥石流流量，计算公式如下：Qc=Q（1+）D（2）式中：Qc设计泥石流峰值流量（m3/s）；泥石流修正系数，=（rc-rw）/（rs-rc）；rc泥石流容重（t/m3）；rw水容重（t/m3）；rs泥沙比重（t/m3）；D泥石流堵塞系数。,单位泥石流体积所具有的重量称为泥石流体的容重，泥石流容重可以采用实测法，或根据野外调查情况，查有关资料来确定。根据泥石流体取样容重的测定在泥石流暴发时采集泥石流样品，将所取得的样品称重，量其体积，c=Wc/Vc式中：c为泥石流容重（t/m3）；Wc为泥石流的重量（t）；Vc为泥石流的体积（m3）。一般每个样品体积不应小于0.005m3,或重量不少于10kg。受取样容器的限制，该方法获取的样品仅为泥石流体中颗粒较细的部分。由于XX山区泥石流沟暴发频率低，能现场取样的机会极少，泥石流容重很少采用实测的方法确定。,根据野外调查资料确定容重泥石流流量形态调查法采用下式进行计算，Qc=AcVc式中，Qc为泥石流流量（m3/s）；Ac为调查断面的泥石流过流面积（m2）；Vc为泥石流流速（m/s）。形态调查断面应选择在沟道顺直、断面变化不大、无堵塞、无汇流、无回流、泥痕比较清晰的河段。最好调查两处以上的泥痕，根据泥位在纵断面上的连续性来判断调查泥位的可靠性，并据此计算泥石流的平均泥深、过流断面面积和水力坡度。再根据前述的方法计算泥石流的流速，最后按式（10-7）计算泥石流的流量。,泥石流径流量,根据泥石流历时和最大洪峰流量，按照泥石流暴涨暴落的特点，将其过程概化为三角形，通过计算断面的一次泥石流径流量按下式计算:Vc=19TQc/72式中：Vc泥石流径流量（m3）；Qc设计泥石流峰值流量（m3/s）；T泥石流历时（s）。,一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算：Vs=CvVc=Vc（rc-rw）/（rs-rw）式中：Vs通过计算断面固体物质实体总量（m3）；Vc泥石流径流量（m3）；rc泥石流容重（t/m3）；rw水容重（t/m3）；rs泥沙比重（t/m3）。,泥石流输送固体物质量计算,基本思想：按照泥石流活动的自然规律调整人类的行为，根据泥石流发生、发展、成灾的规律，采取必要的工程手段，最大限度地减轻泥石流灾害。,泥石流防治工程方案设计,泥石流灾害防治工程设计的基本原则,实事求是以防为主，防治结合因害设防，突出重点因地制宜,综合防治方案以拦挡为主的方案以排为主的防治方案以生物工程为主的方案,泥石流防治的方案：,综合防治方案：,以小流域为单元，全面规划，综合治理工程措施、生物措施、预警报、管理措施等结合使用多种防治建筑物联合使用灾害治理与发展经济相结合,XX市XX县XX乡XX西沟泥石流防治方案由土建工程、生物工程、预警系统和管理工程等四部分组成（1）土建工程防治方案在流域中上游泥石流活跃的主要支沟布置骨干拦沙坝拦截泥石流，防止或减轻大规模泥石流灾害；在泥石流活跃的小支沟布置谷坊工程固坡稳沟，减少支沟泥石流活动；在中下游居民点设置护村堤，防御中小规模山洪泥石流或高含沙水流的危害；在沟口布置防洪堤，保护沟口XX村免遭洪水和高含砂水流袭击。（2）生物工程设计方案生物工程以恢复流域生态环境为主要目的，结合造林发展经济。在各支沟山坡的中上部发展水源涵养林680hm2，中下部营造水土保持林370hm2，水土保持薪炭林150hm2，水土保持经济林76hm2，经济林17hm2，沟道两侧营造防护林。生物工程实施后，流域生态环境将向良性循环发展，逐步改变流域的汇流条件，减少水土流失，稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。（3）预警报工程设计方案预警系统以减少人员伤亡为目的。由监测点和预警站组成。在流域上、中、下游设置监测点，在沟口设预警站。通过对天气预报和大气降水监测及资料分析，向政府有关部门提出发布泥石流预报或警报的建议。由政府部门通过警报装置向流域内各居民点发出泥石流预报或警报，通知居民紧急避难。（4）行政管理方案管理工程内容包括：易受泥石流危害居民点的搬迁，一般居民点避难点的选择和建设，避难时撤离路线的选择，避难时的组织工作，发布预警报的程序和权限。,XX西沟泥石流防治方案示意图1土建工程编号2居民点3拟搬迁居民点4拟迁往地点5拦砂坝6谷坊坝7格栅坝8护村导流堤9原有护村堤加高、加固及延长10护村挑流坝11生物工程林地界线索12水源涵养林13水土保持用材林14水土保持薪炭林15水土保持经济林16经济林与农耕地,以排为主的防治方案,主要工程措施：排导槽、小型拦挡坝、渡槽要点：排导槽、渡槽平面和纵断面的合理布置在排导槽、渡槽的上游布置少量的小型拦挡坝,泥石流的防治措施与防治建筑物,泥石流的防治措施主要防治建筑物,泥石流防治措施,主要泥石流泥石流防治建筑物,拦砂坝谷坊排导槽渡槽停淤场明洞,拦砂坝的种类重力式格栅式柔性桩林,泥石流拦砂坝（重力式）的特点：作用拦截泥沙、排水，水土分离固定沟床、稳定沟坡坝后淤积泥沙反压滑坡结构坝体上游边坡比1:0.50.7坝体下游边坡比1:00.2坝体上设有排水孔一般不专门设溢洪道消能软基消能,拦砂坝的布置,（一）坝址选择的原则通常在泥石流流域内可建拦砂坝的坝址不多，要寻找理想的坝址更难。坝址一般选在泥石流的流通区，可利用中等或大比例尺地形图（1/20001/10000），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可考虑如下条件。1地质条件坝址附近应无大断裂通过，坝址两岸山坡稳定，无滑坡、崩塌、冲沟等不良地质现象和泉水出露，沟床有基岩出露或基岩埋深较浅，坝基为基岩或密实的沉积物。2地形条件坝址处沟谷狭窄，而上游开阔，沟床纵坡较缓，沟谷对称，两肩高度能满足坝高与库容要求。3建筑材料和施工条件坝址附近有充足的石料、沙等当地建筑材料；离公路较近，易于修筑施工便道，运输方便；有开阔施工场地，有可供使用的水源。,拦砂坝的布置坝址初步选出后，拦砂坝的确切位置可根据下列原则作出决定。1与防治工程总体布置协调拦砂坝的布置应与防治工程总体布置协调,与上游的谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。2安全可靠拦砂坝应布置在崩塌与滑坡等突发性灾害冲击范围之外，能保证拦砂坝自身的安全。3效益高拦砂坝的布置应能满足本身的设计要求，有较好的综合效益，如，有足够的拦淤库容，有足够的坝高；既能拦沙，又能利用拦截的泥沙反压滑坡等。,重力式拦砂坝的设计,（一）荷载分析作用于坝体的泥石流荷