滑坡型泥石流形成机理_百度文库

1、北京大学学报 (自然科学版 , 第 34卷 , 第 4期 , 1998年 7月A cta Scientiarum N aturaliumU niversitatis Pek inensis , V o l . 34, N o . 4(Jul , 1998滑坡型泥石流形成机理 1(, 摘要 。 它是在很短时间内 , 由滑坡体的位能 流动堆积 。 滑坡型泥石流的活动是由块体在整个连续运动过程 (先滑坡 , 后泥石流 组成 。 滑坡型泥石流与一般的滑坡 、 泥石流不同 , 它兼具滑 坡和泥石流的一些特征 。 滑坡型泥石流速度快 , 冲击力强 , 破坏性大 。 在理论上和国民经济影响方 面有独特的研究

2、意义 。关键词 滑坡 ; 泥石流 ; 滑坡型泥石流中图分类号 P 6420引言滑坡与泥石流 、 地震 、 火山喷发 、 台风以及特大洪水一样 , 是一种突发性自然灾害 。 而滑坡 型泥石流兼具滑坡和泥石流的一些特征 , 它是一种超强度高速输移泥沙石块的过程 , 它可以在 几分钟 、 几十分钟或数小时内将大量的泥沙石块倾泻到山口外 , 倾刻之间给人类造成巨大灾 难 。 不仅造成人员伤亡及工农业极大经济损失 , 而且大大恶化了周围生态环境 。 对其形成 、 发展 和运动机理 、 分布规律 , 预测预报和预防治理的研究 , 将对人类生存和经济建设持续发展具有 重要理论意义和实际意义 。1滑坡型泥石流

3、概念客观科学地认识滑坡型泥石流 , 首先必须对滑坡及泥石流概念有正确的理解 。 一般认为在 重力 、 动水压力 、 地震或其他某些力的作用下 , 斜坡上的岩土沿坡内一定的软弱带 (或面 作整 体地向前 、 向下移动的现象 , 谓之滑坡 。而泥石流这一概念 , 目前国内外的研究者尚无一致性的意见 。 一般认为泥石流是一种特殊 物质运动的自然现象 ; 有的认为泥石流是产生于沟谷中或坡地上的一种饱含大量泥少石块和 巨砾的固液两相流体 。 它介于山崩 、 滑坡等块体重力及动力运动与流水等液体水力运动之间 , 呈粘性层流或稀性紊流状态 , 是各种自然营力 (地质 、 地貌 、 水文 、 气象等 和人为因

4、素综合作用 的结果 。 C 1M 1伏列什曼夫认为泥石流指的是固体物质含量高 , 泥位剧增的暂时性山地河床型 洪流 1; 日本水土保持学会认为泥石含量多于水体 。 含水的粥状泥沙在其自重作用下产生运动 1 地震科学联合基金资助项目 (95239收稿日期 :1997201224; 修改稿收到日期 :19972042041 的现象 , 称为泥石流 2; 英国地质学会工程组指出泥石流是介于水流与滑坡之间的一系列过 程 , 因而包括有重力作用下松散物质 、 水体和空气三者构成的块体运动 。国内外一些研究者把泥石流分为粘性泥石流和稀性泥石流 。 本文理解泥石流为介于崩塌 、 滑坡的块体运动与水流之间的一

5、系列连续复杂过程 。 是携带大量固体碎屑 (块石 、 碎石 、 漂石 、 卵石 、 沙和泥的洪水流 , 沿着陡峻的沟床向下游快速运动的现象 。 它又可分为土力类泥石流和 水力类泥石流 3。 泥石流形成机理乃是固 、 成整个物理地质作用过程 。, 迅速转化 , 难以截然区分 , , 有的研究者视为滑坡 、 而另一 些研究者则将它视为泥石流 。流动 堆积 。 (先滑坡滑动 , 而后转化泥石流流动 组 成 4。 因此 , , 它兼具滑坡和泥石流的一些特征 , 为了和 一般的滑坡和泥石流相区别 , 以便学术上深入研究 , 本文将这种现象视为一种特殊条件下岩石 碎块与泥水混合体的运动类型 , 称滑坡型泥

6、石流或滑坡 泥石流 。2滑坡型泥石流分类土 (石 体重量 Q 的增加 , 促使下滑启动力 =Q si m (为坡角 增大 , 土 (石 体内孔隙水 增加 , 使得内摩擦角 和内聚力 C 值减小 , 最后导致临界起动力 0=tg +C 减小 。 式中 为 土 (石 体对地形坡面由 Q 引起的垂直坡面的正压力 。当 =0时 , 土 (石 体处于极限平衡状态 ; 在 >0时 , 土 (石 体即迅速发生运动 , 按受力运 动形式可分为 2类 。(1 滑坡型泥石流 :土 (石 体沿某一坡面或滑动面形成的泥石流 , 先发生滑坡 , 而后直接 迅速发展成泥石流 , 为同一过程发展的两个阶段 。 这类泥

7、石流大体有 2种情况 : 滑动土体松 散且含水量充分 , 可在滑动中迅速转化为泥石流 ; 滑动土体下滑再遇水源拌和而形成泥石 流 , 如滑动土体进入沟床或河道再遇水而形成泥石流 , 或滑动土体堵塞河道形成堰塞湖再溃决 形成泥石流 。 例如 1984年 8月 45日甘肃省天水地区刘家堡滑坡型泥石流最为典型 4。 在连续 降雨影响下 , 高处滑坡土体内含水量很高 , 几乎接近饱和 , 当滑动面 (或带 上 >0时 , 滑坡土 体迅速下滑至沟床中 , 再加上沟床两侧坡面流水汇入沟床中形成加速度滑坡型泥石流 。(2 崩塌型泥石流 :随坡高堆的土体发生崩塌而形成的泥石流 。 也大体存在与上述滑坡型

8、 相似的 2种情况 : 崩塌土体松散且含水量充分 , 在崩塌中直接演变成泥石流 ; 崩塌土体再 遇水源拌和而形成泥石流 。 例如 1982和 1984年两次舟曲泄流坡崩塌 滑坡型泥石流 4。 3滑坡型泥石流形成机理松散碎屑堆积物 (包括残积物 、 坡积物 、 冲洪积物 、 冰碛物 、 崩塌和滑坡堆积物等 为滑坡型 泥石流提供了丰富的固体碎屑物源 。 在一定的地形地貌条件下 , 特定的水动力来源则会激发土 体发生滑坡 , 然后快速转化高速流动 。 土体能否发生位移运动 , 决定斜坡上土体的静力平衡是 否被破坏 , 一般松散堆积土石体于斜坡上 , 在其自重 (Q 作用下产生垂直坡面的正应力 ( 和

9、025 北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 第 34卷 沿斜坡向下运动的分力即下滑起动力 =Q si m (为地面斜坡坡角 , 由于土体与斜坡地面 (或 某一软弱滑动面 之间产生抗滑动的摩擦力即抗滑动的抗剪强度 , 有人称临界起动力 0=tg +C (式中 为土体内摩擦角 , C 为内聚力 , 当 <0时 , 土体处于稳定状态 ; =0时 , 土体 处于极限平衡临界状态 ; 当 >0时 , 极限平衡被打破 , 土体快速向下滑动 , 在特定水动力条件 下形成滑坡型泥石流 。抗剪强度 值的变化受多种因素影响 : 水 (雨水 、 沟谷坡脚泉水 促使土体逐渐饱水 , 大大降低了土

10、体内摩擦角 (和内聚力 ( 值 , f 变小 , 引起内摩 擦力 tg 降低 。 因水流不断侵蚀冲刷 , (, =Q si m 增 大 。 高处崩塌 、 边坡坍塌 、 、 (Q 增大 。 地震等震动 激发 。根据 0, : 底层滑移蠕动 。 当 稍大 于 0时 , 5。 这时 , 其上部的土体一般尚未发 生明显位移 , 这一机理一般不被人们所注意 。 滑移蠕动扰动 。 当 稍增大时 , 下部底层土 体蠕动稍加速 , 这时上部土体被牵引带动扰动形成蠕动扰动流 。 蠕动扰动崩塌 。 土体内 孔隙全部被水饱和 , 这时饱和度 (D w 值接近 1, 临界土体 0值继续减小 , 土体内 C , 值继续

11、减 小 , 这时土体内剪切式的蠕动扰动流加速 , 土体前缘开始出现崩塌翻落形成扰动流 。 崩 塌滑塌扰动 。 饱水土体因 不断增大 , 流速加快 , 土体前缘急速崩塌 、 滑塌和翻落 , 整个土 体呈现扰动状态 。 快速流动 。 整个饱水土体急剧滑塌 , 在水动力作用下形成滑坡型泥石流 。 4关于滑坡型泥石流的临界结构对于泥石流体结构 , 人们从 泥石流浆体特征 、 泥石流流速结构 、 泥石流阻力定律 、 泥石流力学机理等多方面进行了研究 。 对于泥石流的临界结构研究不多 , 然而泥石流的临 界结构是滑坡型泥石流区别于一般泥石流 (即水力类泥石流 的重要标志 6。滑坡型泥石流有链状或网状格架结

12、构 , 而一般水力类泥石流没有这种结构 3。 滑坡型泥石流浆体中细小的粘粒成分 (粒径小于 01005mm 者 形成一定的骨架 , 水在其中 不是简单地机械结合 , 而是作为一种溶剂发生一定的理化作用 , 参与到骨架中去 , 粘附到各粒 级表面形成泥膜和高粘滞层 , 其表面张力很大 , 这种紧密的粘滞骨架具有搬运粗大石块 、 流体 运动惯性大和撞击力强的接近于块体运动的性质 。 但由于各粒级颗粒表面粘附泥膜 , 起到润滑 和粘滞作用 , 致使流体内部具流速梯度 , 而区别于一般块体运动性质 。滑坡型泥石流为固 、 液两相流体 , 它的骨架结构即各粒级颗粒排列可以从最疏松到最紧密 之间 , 而最

13、疏松结构是滑坡型泥石流与一般水力类泥石流的分界结构 , 即临界结构 。 这时流体 内充满以水体为主含细小颗粒的结构 , 可以用流体孔隙度 (n 和孔隙比 (e 来表示 。从我国泥石流发育地区来看 , 滑坡型泥石流孔隙度可达 45%60%, 并随颗粒的粒径递增而减小 , 相应的泥石流容重 ( 却增大 。 即颗粒粒径较大的滑坡型泥石流要求有较大的容重下限值 ; 反之 , 粒径较小者 , 容重下限值则较小 。 因此 , 在确定滑坡型泥石流主要视泥石流临界结 构而定 , 而容重下限值作为参考 。滑坡型泥石流和一般水力类泥石流研究表明 , 孔隙比为 1的结构代表临界结构 , 即孔隙度 为 50%时 ,

14、颗粒处于松散状态 , 一般水力类泥石流由于孔隙比均大于 1, 松散颗粒悬浮于水中 ,125第 4期 李树德 :滑坡型泥石流形成机理 彼此没能形成格架结构 。所以 , 泥石流的临界结构是滑坡型泥石流区别于一般水力类泥石流的重要标志 , 可以用泥 石流颗粒自由孔隙比 e =1的指标来判别 , 大于 1者为一般水力类泥石流 , 小于 1者为滑坡型泥 石流 (有的称土力类泥石流 。参 考 文 献1 5, . . , 22:2池谷浩 1泥石流的分类 1见 :水工程地质 (第 3辑 13李树德 1泥石流的形成机理 , , 1996, 1581614李树德 11, 1988, 2(4 :66715李树德 1

15、1岩石力学与工程学报 , 1990, 9(4 :2802856李树德 1, 1996, 23(3 :4042Forma tion M echan is m of the Lana sl ide -type D ebr is FlowL I S hud e(D ep art m ent of U rban and E nv ironm ent S ciences , P ek ing U niversity , B eij ing , 100871Abstract T he landslide 2type debris flow is a specialmo ti on type of ener

16、gy conversi on body and rep 2resents a sudden sliding flow ing depo siti on due to quick conversi on of po tential energy of a landslide body into vi o lent k inetic energy . It consists of tw o stages developed in the p rocess of continuous m ass movem ent , deffevs from the general landslide and debris flow , and hence , has the features of the bo th landslide and debris flow . It is characterized by h igh