泥石流的形成运动机理

泥石流的形成运动机理Theformationmechanismofdebrisflowmovement专业：勘查技术与工程Profession:explorationtechnology

engineering班级：09-03Class：09-03学号：090250318Studentid:090250318姓名：孙垂雷Author:SUNChuileiE-mail:scl19891225@摘要：泥石流是一种常见的山地自然灾害，是一种饱含泥沙石块和巨砾的固液两相流体，广泛分布于世界各地，其发展的范围和频率正在逐年增大。泥石流发生时山谷雷鸣、地面震动，浑浊的泥石流沿着陡峻的山谷冲出山外在沟口沉积，泥石流还有大量泥沙石块，具有突发性，来势凶猛、大范围冲於、破坏力极强的特点，长给人民的的生命财产造成巨大的损失。随着我国西部大开发的深入，生产动逐年活跃，而我国西部多为山区，泥石流活动频繁，每年都给生产生活造成巨大损失，因此研究泥石流的形成运动机理对预防治理泥石流有重要的意义。关键词：泥石流容重携沙水流沟床比降运动机理Theabstract:Debrisflowwasacommonmountainnaturaldisasters,wasafullofsedimentrocksandhugegravelsolid-liquidtwo-phasefluid,Distributedworldwide,It’sdevelopmentrangeandfrequencywasincreasedyearbyyear,Mudslidesoccursvalleythunder,Groundvibration,Themuddywatersofthelandslidesalongthesteepmountainexternalditchvalleybluntmouthdeposition,Mudslideshadalargenumberofsedimentstones,hadthesudden,feral,largerangeofstrongin,damagingrushcharacteristic,Longtopeople'slifeandpropertycausedgreatloss,AlongwithourcountrythedevelopmentofwesternChinawasthorough,productionmovehadactive,ButmorethanwesternChinaformountains,DebrisflowactivitiesinwesternChinaformorefrequentandmountainousarea,Everyyeartoproductioncausedheavylossoflife,Therefore,theresearchonmechanismofformationofdebrisflowmovementmudslidespreventionhasanimportantsignificance.KeyW°rd・mudslidesdensityJoinsandyflowGullybedslopeMovementmechanism一：泥石流的成因及其分类1:泥石流的成因泥石流是大量的泥沙或石块和水的混合体，沿沟道或坡面的流动现象。泥石流的流动是在其自身重力作用下产生的，水体不成为泥石流物质的搬运介质。泥石流是物质和能量的逐渐积累和快速释放的过程。其形成必须具备三个基本条件：地形条件，固体碎屑物质的储供条件和水份条件。在形成泥石流过程中，这三个条件缺一不可，不可能彼此替代，但具备这三个条件也不一定就能发生泥石流，还必须有一定的激发条件，如暴雨、滑坡、地震、冰雪暴融等。地形条件：也称为流域因素，包括流域形状、面积、山坡或沟床比降，流域范围自上而下可划分为形成区（即侵蚀区）、流通区和堆积区三个区段，形成区中还有清水供给区和固体物质补给区。泥石流沟沟底比降是流体能量的底床条件，对泥石流的形成和运动有很重要的意义。在大比降的沟床条件下，流域汇集的水流和形成的泥石流，运动速度极快，对沟床的淘刷极为强烈。根据西藏150条泥石流沟的统计结果表明，对泥石流形成和运动最有利的比降是10%〜30%，起始比降最小值是3.8%，最大值是68.6%[1]。固体碎屑物质的储供条件：泥石流的固体物质可以分为两类，一是基岩风化碎屑物，二是松散堆积物，如洪积、冲积、冰积和人工废弃物（包括滑坡和崩塌），所以泥石流的发育地区多是滑坡崩塌发生地。就我国泥石流物原区的土体来说虽然成因类型很多，但依据其性质和组成结构可划分为四种类型：（i）碎石土，（ii）沙质土，（iii）粉沙质土，（iv）粘质土[2]。板岩、千枚岩、片岩和喷出岩中的凝灰岩等属于易风化岩石，节理裂隙发育的硬质岩石也易风化破碎。这些岩石也为泥石流提供了丰富的松散固体物质来源。水份条件：在我国绝大部分泥石流都是由于暴雨激发引起的。水不仅是泥石流的组成部分还是松散固体物质的搬运介质。水在泥石流的暴发中有两种作用，一是使固体物质落到泥石流沟，造成固体物质富集。二是水分使固体物质饱水液化，最终暴发为泥石流。形成泥石流的水源主要有大气降水，冰雪融水，水库溃决水，地表水等。2：泥石流的分类从诱发泥石流的原因分为洪水泥石流、地震泥石流、冰川泥石流、火山泥石流等，从侵蚀原因分为水力类泥石流，土力类泥石流或滑坡泥石流等。不管什么原因引起的泥石流，其造成的危害程度都没明显的区别，泥石流的危害程度主要受其规模和范围的影响。泥石流的颗粒组成十分复杂，但在一定浓度下颗粒的运移形式不外乎悬移运动和推移运动，细颗粒以悬移运动，消耗水流的动能，粗颗粒以推移运动，消耗水的势能，在天然条件下，悬移和推移条件可以相互转化，对于容重>1.46t/m3的泥石流来说，颗粒粒径d=2mm正好是处在悬移和推移之间的平均粒径。d>2mm的颗粒所占的百分比很高，细颗粒很少，运动固体颗粒以推移为主，泥石流的容重不是很高，这就是一般所说的水石流°d>2mm的颗粒所占的百分比很低，细颗粒占主要成分，以悬移为主，颗粒的紊流作用使颗粒间隙变大，所以容重不是很高，这就是一般说的泥流°d>2mm的颗粒所占的百分比在很大范围内变化，处于悬移和推移状态的固体可以占相当一部分，颗粒组成不均匀容重较大，这就是一般所说的泥石流［3］。表1-1泥石流分类分类名称泥流狭义泥石流水石流强粘性亚粘性稀性容重t/m31.46〜1.802.00〜2.401.85〜2.001.46〜1.851.46〜1.90体积浓度sv0.27〜0.470.59〜0.830.5〜0.590.27〜0.500.27〜0.53d>2mm颗粒百分比含量<22〜80>80主体颗粒粘粒、粉砂粘粒、粉砂、砂砾、砾石砾石、卵石、漂石沟道纵坡较缓介于较缓较陡中间较陡泥石流的粘性高低与细颗粒的存在及其含量有关，而粘性对泥石流运动有很大影响。因此根据粘性大小，也可把上表中前三类，即泥流，强粘性及亚粘性泥石流概称为粘性泥石流，后两类概称为非粘性泥石流。二：泥石流的运动与沉积特性1：泥石流的径流特征泥石流中夹杂着很多固体物质，所以其运动不同于清水和含沙水流，泥石流是水和泥沙、石块组成的特殊流体，属于一种块体滑动与携沙水流之间的颗粒剪切流。因此泥石流有特殊的流态、流速、流量及运动特征。细颗粒颗粒物质少的稀性泥石流，流体容重底、粘度小、浮托里弱，呈多相不等速紊流的石块流速比泥沙和浆体流速小，石块呈翻滚跃移状运动。这种泥石流流速不稳容易改道。而含颗粒多的粘性泥石流正好相反，具有等速整体运动的特征和阵性流动特性。各种大小颗粒均处于悬浮状态，物垂直交换分选现象。石块呈悬浮状态或滚动状态运动。泥石流流速不仅受地形控制还受阻力的影响，泥石流虽然运动阻力大但是多发育于陡峻山区，所以流速相当高，实测数据显示流速能达到10m/s〜20m/s，在弯道处能激起很高的浪头。泥石流的流量和降雨的强度，固体物质的数量是有关系的，降雨量越大，固体物质越丰富泥石流越大，泥石流的流量与流程也是有变化的，形成区流量逐步增大，流通区较稳定，堆积区额流量逐渐减少。泥石流的粘稠度越大，运动惯性越大，直进性越强，颗粒越大冲击力越大，因此当泥石流遇到拐弯处时就会发生爬高的现象，有的甚至越过沟岸，摧毁建筑物，截弯取直。泥石流的发生是有一定周期性的，主要依赖于其激发因素的周期性变化例如一个地区的暴雨和地震是周期性变化的。2：泥石流的运动机理泥石流的运动规模主要取决于其物质组成。粘粒的性质与含量决定着泥浆的结构、浓度、强度、粘性和运动状态。吴积善［4］等人按粘粒含量变化，将泥石流运动模式划分为塑性蠕动流粘性阵流、阵性连续流和稀性连续流，它们的运动机理个不行同。塑性蠕动流的浆体中土水比大于0.8、石土比大于4.0、容重大于2.3t/m3,泥浆具有极强的粘滞力，在运动中石块之间泥浆变形所产生的阻力相当大，泥石流运动速度缓慢，流体中石块大体可以保持相对稳定的状态。粘性阵流的浆体中土水比为0.8〜0.6，石土比为4.0〜1.0,容重为2.3〜1.9t/m3，它的流速很快，一般为8m/s，最大可达15m/s。泥石流携带的石块数量不如粘性泥石流多，浆体的粘滞度也比较小，因此运动能耗小。阵性连续流的土水比为0.6〜0.35,土石比为1.0〜0.2,容重为1.9〜1.6t/m3。泥浆更接近于流体性质，属于过渡性泥浆体。粘滞度进一步减小，启动条件降低，搬运力下降，流体中石块的自由度增大，相互间容易发生碰撞；流体具有一定的紊流特性，石块多呈推移质。稀性连续流的土水比小于0.35,土石比0.2〜0.001，容重为1.6〜1.3t/m3。泥浆体的粘滞作用很小，接近水流特征，流态紊乱，石块翻滚并相互撞击。3：泥石流的沉积特性沟口堆积扇：泥石流流出沟口后，由于地形展宽、纵坡减缓、输沙能力减弱，于是就沉积下来，形成了大小不等的扇状沉积体，而后期泥石流多次沿着老堆积扇两侧淤积，两侧淤高后，再从中部堆积，形成多层次的扇形叠加，在一定范围内摆动堆积。侧向堆积：泥石流流量大时，部分泥石流体在流动中溢出深槽或漫滩，因流速突然减小，使固体物质就地沉积，经过多次漫溢后，便在沟槽两侧形成长条形的堤状堆积体。心滩堆积：在泥石流沟下游沟道纵坡降由陡变缓的宽阔沟槽内，粘性泥石流流动时的龙头，因流速减缓而可能停滞在沟槽内，这种含有大量粗大颗粒的堆积体，经过后期水流切割及新来的粗颗粒堆积，形成含有大量砾石、石块组成的“心、滩”，这种心滩堆积体，也出现在两条泥石流交汇处附近的宽沟槽内。阶地堆积：在泥石流沟的中、下游两侧还能观测到泥石流堆积物质形成的阶梯状地形，其成因多数是由于在泥石流沟发生一次或多次大型粘性泥石流漫滩，在滩地上沉积大量物质，经后期中、小水流的不断侵蚀，切割而形成阶梯状地形。一般相对高度2m〜5m，阶梯较窄。三：泥石流的危害泥石流危害极大，它使成千上万方泥沙石块顷刻间倾泻到堆积扇上或较大的河谷中，给人民带来灾难性的后果，泥石流的灾害性主要表现在两个方面一是上游地区的冲刷作用；二是中下游地区的淤埋作用。泥石流所具有的巨大动能及其所裹挟得巨石漂砾，对泥石流沟床及其两侧发生强烈的冲刷，使沟床加深拓宽，沟谷两侧坡面失衡，使上游地区水土流失加剧，地面切割、破碎程度加大，并诱发崩塌、滑坡等其他自然灾害。对