《城市防洪防涝规划与设计》课件 第9章 城市泥石流防治

城市防洪防涝规划与设计第9

章 城市泥石流防治泥石流防治原则泥石流防治工程安全等级及设计标准泥石流计算泥石流防治工程措施目

录ONTENS9.1

泥石流及其危害9.2

一般规定9.1

泥石流及其危害9.1

泥石流及其危害 泥石流：指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。1．对居民点的危害泥石流最常见的危害之一，是冲进乡村、城镇，摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所设施。淹没人畜、毁坏土地，甚至造成村毁人亡的灾难。2．对交通的危害泥石流可直接埋没车站、铁路、公路，摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断，还可引起正在运行的火车翻车，造成公路堵车、汽车颠覆，导致重大的人身伤亡事故。3．对水利工程的危害泥石流对水利工程的危害主要是冲毁水电站、引水渠道及过沟建筑物，淤埋水电站尾水渠，并淤积水库、磨蚀坝面等。4．对矿山的危害泥石流对矿山的危害主要是摧毁矿山及其设施，淤埋矿山坑道，伤害矿山工作人员，造成停工停产，甚至使矿山报废。9.2

一般规定9.2

一般规定 泥石流作用强度，根据形成条件、作用性质和对建筑物的破坏程度等因素按表规定分级。泥石流作用强度分级1≤

864c

kcN≤/

m39.3

泥石流防治原则9.3

泥石流防治原则 （1）泥石流防治应贯彻以防为主，防、避、治相结合的方针，应根据当地条件采取综合防治措施。（2）位于泥石流多发区的城市，应根据泥石流分布、形成特点和危害，突出重点，因地制宜，因害设防。（3）防治泥石流应开展山洪沟汇流区的水土保持，建立生物防护体系，改善自然环境。（4）新建城市或城区、城市居民区应避开泥石流发育区。（5）泥石流防治工程设计标准，应根据泥石流作用强度选定。泥石流防治应以大中型泥石流为重点。泥石流防治应进行流域勘查，勘查重点是判定泥石流规模级别和确定设计参数。（6）泥石流流量计算宜采用配方法和形态调查法，两种方法应互相验证。也可采用地方经验公式。（7）城市防治泥石流，应根据泥石流特点和规模制订防治规划，建设工程体系、生物体系、预警预报体系相协调的综合防治体系。（8）泥石流防治工程设计，应预测可能发生的泥石流流量、流速及总量，沿途沉积过程，并研究冲击力及摩擦力对建筑物的影响。（9）泥石流防治，应根据泥石流特点和当地条件采用综合治理措施。在泥石流上游宜采用生物措施和截流沟、小水库调蓄径流；泥沙补给区宜采用固沙措施；中下游宜采用拦截、停淤措施；通过市区段宜修建排导沟。（10）城市泥石流防治应以预防为主，主要城区应避开严重的泥石流沟；对已发生泥石流的城区宜以拦为主，将泥石流拦截在流域内，减少泥石流进入城市，对于重点防护对象应建设有效的预警预报体系。9.4

泥石流防治工程安全等级及设计标准9.4.1

泥石流灾害防治工程安全等级标准 根据泥石流灾害的受灾对象、死亡人数、直接经济损失、期望经济损失和防治工程投资等五个因素，可将泥石流灾害防治安全等级划分为四个级别：泥石流灾害防治工程安全等级标准地质灾害防治工程安全等级一级二级三级四级受灾对象省会级城市地、市级城市县级城市乡、镇及重要居民点铁道、国道、航道主干线及大型桥梁隧道铁道、国道、航道及中型桥梁、隧道铁道、省道及小型桥梁隧道、 乡镇间的道路桥梁大型的能源、水利、通信、邮电、矿山、国防工程等专项设施中型的能源、水利、通信、邮电、矿山、国防工程等专项设施小型的能源、水利、通讯、邮电、矿山、国防工程等专项设施乡、镇级能源、水利、通信、邮电、矿山等专项设施一级建筑物二级建筑物三级建筑物普通建筑物死亡人数＞1

000100～1

00010～100＜10直接经济损失/万元＞1

000500～1

000100～500＜100期望经济损失/（万元/年）＞1

000500～1

000100～500＜100防治工程投资/万元＞1

000500～1

000100～500＜1009.4.2

泥石流灾害防治工程设计标准 泥石流灾害防治工程设计标准的确定，应进行充分的技术经济比选，既要安全可靠，也要经济合理。应使其整体稳定性满足抗滑（抗剪或抗剪断）和抗倾覆安全系数的要求。泥石流灾害防治工程设计标准防治工程安全等级降雨强度拦挡坝抗滑安全系数拦挡坝抗倾覆安全系数基本荷载组合特殊荷载组合基本荷载组合特殊荷载组合一级100年一遇1.251.081.601.15二级50年一遇1.201.071.501.14三级30年一遇1.151.061.401.12四级10年一遇1.101.051.301.109.5

泥石流计算9.5

泥石流计算 □

作用于拦挡坝的基本荷载有：坝体自重、泥石流压力、堆积物的土压力、过坝泥石流的动水压力、水压力、扬压力、冲击力等。（1）坝体自重

取决于单宽坝体体积

和筑坝材料重度

，即：（2）泥石流竖向压力包括土体重

和溢流重

。土体重是指拦挡坝溢流面以下垂直作用于坝体斜面上的泥石流体积重量，重度有差别的互层堆积物的

应分层计算。□

溢流重是泥石流过坝时作用于坝体上的重量，按下式计算：（3）作用于拦挡坝近水面上的水平压力有水石流体水平压力

、泥石流体水平压力

以及水平水压力

。——设计溢流体厚度（m）；——设计溢流重度（kN/m3）。ds(1 )

；ys——浮砂重度：

ys

=ds——干砂重度；——水的重度；——孔隙率；——水石流体堆积厚度；ys——浮砂内摩擦角。——泥石流重度；——泥石流体泥深；——泥石流体内摩擦角（一般取值4

～10

）。9.5

泥石流计算 （4）过坝泥石流的动水压力为过坝泥石流水平作用在坝体上泥石流动压力：（5）作用在迎水面坝踵处的扬压力：——水体的重度；——水的深度。——泥石流的平均流速（m/s）；——重力加速度，

=

9.8

m/

；——泥石流的重度。——扬压力（kPa）；——坝上游水深（m）；——坝下游水深（m）；——坝底宽度（m）；——折减系数，可根据坝基渗透性参见有关规范而定。9.5

泥石流计算 （6）泥石流冲击力计算。冲击力

包括泥石流整体冲压力

和泥石流中大块石的冲击力

。泥石流整体冲击力：若受冲击工程建筑物为墩、台或柱时，泥石流大块石冲击力计算公式为若受冲击建筑物为坝、闸或拦栅等，

按下式计算：——泥石流整体冲击压力（kPa）；——泥石流容重（kN/m3）；——泥石流流速（m/s）；——重力加速度（m/s2），

=9.8

m/

；——建筑物受力面与冲压方向的夹角（

）；——建筑物形状系数，圆形=

1.0，矩形

=

1.33，方形=

1.47。——大块石冲击力（kPa）；——构件弹性模量（kPa）；——构件截面中心轴的惯性摸量（m4）；——构件长度（m）；——石块运动速度（m/s）；——块石重量（kN）。9.5

泥石流计算 （7）荷载组合。对于稀性泥石流，作用于拦砂坝上的荷载组合应考虑：（8）稳定性验算。①

抗滑稳定性验算。②

抗倾覆验算。——抗滑安全系数，可根据防治工程安全等级及荷载组合取值；∑

——垂直方向作用力的总和（kN）；∑

——水平方向作用力的总和（kN）。——抗倾覆安全系数，可根据防治工程安全等级及荷载组合取值；∑ ——抗倾力矩的总和（kN·m）；∑ ——倾覆力矩的总和（kN·m）。9.5

泥石流计算 ③

地基承载力满足：④

坝身强度计算，可按结构力学公式计算。（9）泥石流流速测算采用经验公式。①

西南地区稀性泥石流流速测算可采用铁二院推荐公式：——最大地基应力（kN）；——最小地基应力（kN/m2）；∑

——垂直力的总和（kN）；——坝底宽度（m）；——偏心矩；[

]——地基容许承载力。——泥石流断面流速（m/s）。——泥石流流体水力半径（m），可近似取泥位深度。——泥石流流面纵坡（‰）。——阻力系数。其中

——泥石流容重；——水的容重；——固体物质容重。9.5

泥石流计算 ②

西南地区黏性泥石流流速测算可采用成都山地灾害与环境研究所推荐公式：③

西北地区稀性泥石流流速测算可采用铁一院（现名中铁第一勘察设计院有限公司）推荐的公式：④

西北地区黏性泥石流流速公式：推荐公式：——流速系数；——计算断面的平均泥深（m）；——泥石流水力坡度（‰），可用沟床坡度代替。——沟床糙率系数。⑤

华北地区稀性泥石流流速测算可采用北京市政设计院——沟床外阻力系数。9.6

泥石流防治工程措施9.6.1

拦挡坝 泥石流拦挡坝的坝型和规模，应根据地形、地质条件和泥石流的规模等因素经综合分析确定。拦挡坝应能溢流，可选用重力坝、格栅坝等。拦挡坝坝址应选择在沟谷宽敞段下游卡口处，可单级或多级设置。多级坝坝间距可根据回淤坡度确定。拦挡坝的坝高和库容应根据以下不同情况分析确定：（1）以拦挡泥石流固体物质为主的拦挡坝，对间歇性泥石流沟，其库容不宜小于拦蓄一次泥石流固体物质总量；对常发性泥石流沟，其库容不得小于拦蓄一年泥石流固体物质总量。（2）以依靠淤积增宽沟床、减缓沟岸冲刷为主的拦挡坝，坝高宜按淤积后的沟床宽度大于原沟床宽度的2倍确定。（3）以拦挡泥石流淤积物稳固滑坡为主的拦挡坝，其坝高应满足拦挡的淤积物所产生的抗滑力大于滑坡的剩余下滑力。拦挡坝基础埋深，应根据地基土质、泥石流性质和规模以及土壤冻结深度等因素确定。拦挡坝的泄水口应有较好的整体性和抗磨性，坝体应设排水孔。拦挡坝稳定计算，其计算工况和稳定系数应符合相关标准的规定。拦挡坝下游应设消能设施，可采用消力槛，消力槛高度应高出沟床0.5～1.0

m，消力池长度可取坝高的2～4倍。9.6.1

拦挡坝 □

拦挡含有较多大块石的泥石流时，宜修建格栅坝。栅条间距：——栅条间的净距离（m）；——计划拦截的大石块直径（m）。停淤场 根据泥石流运动堆积特点，利用天然有利地形，将泥石流引入选定的宽阔滩地或跨流域低地，使其自然减速后淤积；或者修建拦蓄工程，迫使其停淤的工程设施。停淤场宜布置在坡度小、地面开阔的沟口扇形地带，并应利用拦挡坝和导流堤引导泥石流在不同部位落淤。停淤场应有较大的场地，使一次泥石流的淤积量不小于总量的50%，设计年限内总预计高度不宜超过5～10

m。停淤场内的拦挡坝和导流坝的布置，应根据泥石流规模、地形等条件确定。停淤场拦挡坝的高度宜为1～3

m。坝体可直接利用泥石流冲击物。对冲刷严重或受泥石流直接冲击的坝，宜采用混凝土、浆砌石、铅丝石笼护面。坝体应设溢流口排泄泥水。为了增大停淤量，停淤场场地要开阔，并且要有合适的纵向坡度。根据泥石流运动特征和地形条件，有时采用逐级加高的办法进行修建。停淤场一般施工容易，