泥石流工程地质研究[全面]

1、第七章 泥石流工程地质研究,1、泥石流的概念及研究意义 2、泥石流的形成条件 3、泥石流的特征及分类 4、泥石流的防治,第一节 泥石流的概念及研究意义,一、泥石流的定义 泥石流是指在山区一些流域内，主要是在暴雨降落时所形成的、并由固体物质（石块、沙砾、粘粒）所饱和的暂时性山地洪流。 一般地说，泥石流的组成成分是水体和岩石破坏产物。泥石流是山区特有的一种不良地质现象，它具有暴发突然、结束快速、历时短暂和破坏力却极大的特点。 由大量粘性土和粒径不等的砂粒、石块组成的叫泥石流；以粘性土为主，含少量砂粒、石块、粘度大、呈稠泥状的叫泥流；由水和大小不等的砂粒、石块组成的称之水石流。,理解：,第一节 泥石

2、流的概念及研究意义,第一节 泥石流的概念及研究意义,二、研究意义,第一节 泥石流的概念及研究意义,第一节 泥石流的概念及研究意义,2003年7月11日22时，四川省甘孜藏族自治州丹巴县发生特大泥石流灾害，造成1人死亡，50人失踪，另有71人被困。这是灾情最严重的水卡子村损毁严重的民房。,2005年10月8日，危地马拉暴雨引发的泥石流5日吞噬了危地马拉首都危地马拉城以西180公里的两个村落，1400多人失踪，生还希望渺茫。,第一节 泥石流的概念及研究意义,云南省建水县大箐沟泥石流地质灾害实例,（一）泥石流特征 大箐沟位于元江左岸，流域面积5.8km2，主沟长4.2km，泥石流冲出物主要为矿渣，泥

3、石流堆积扇宽约300m，长180m，沟口堆积物厚度1-4m，冲出物总量近8万m3，泥痕和访问调查最大流量约36m3/s，泥石流持续时间20多分钟，泥石流冲出物曾经短暂堵断元江（见照片1）。,第一节 泥石流的概念及研究意义,照片1.大箐沟泥石流堆积扇（泥石流曾短暂阻断元江）,元江,第一节 泥石流的概念及研究意义,二）成因分析 1、采矿弃渣置于沟道内为泥石流发生提供了丰富的可移动物源。据现场不完全调查，大箐沟中下游两岸谷坡布设的采矿坑不下20口，采矿矿渣沿沟倾倒，数十万方矿渣堆积于沟道内，为泥石流发生提供了丰富的可移动松散固体物源（见照片2）。,照片2 .矿渣直接堆弃于沟道内，为泥石流提供固体物源

4、,第一节 泥石流的概念及研究意义,2、沟谷形态有利于泥石流形成。大箐沟属中山峡谷地貌，谷坡坡度2555。沟谷沟床以岩质为主，宽311m，主沟纵坡70279，沟床稳定，沟床堆积物以人工堆积和崩塌物质为主；支沟沟床纵坡239530，为岩质沟床，多跌坎，是泥石流加速沟段。陡峻的地形条件为泥石流形成提供了充足的势能。 照片2 矿渣直接堆弃于沟道内，为泥石流提供固体物源 3、高强度降雨是灾害的直接诱发因素。5月下旬至6月上旬，建水县境内出现连续降雨天气，导致沟道松散物饱水，6月9日下午大箐沟流域出现局地暴雨，暴雨迅速在沟道内转变为地表径流，并冲溃堆积于沟道内的矿渣堆积体，形成泥石流灾害。,第一节 泥石流

5、的概念及研究意义,三）地质灾害发展的趋势 由于目前大箐沟沟道仍有大量的松散固体物质，在暴雨激发下仍具备发生泥石流的条件。此外，大箐沟两岸谷坡分布有多处危岩体，受人类工程活动的影响，危岩体稳定性差，而部分工棚和活动设施位于危岩体下方，直接受到威胁。因此，牛滚塘铅锌矿发生崩塌和泥石流灾害的隐患仍然很大。,第一节 泥石流的概念及研究意义,第一节 泥石流的概念及研究意义,我国泥石流分布,第一节 泥石流的概念及研究意义,一、形成条件 泥石流的形成必须具备以下条件 （1）地形条件：具有形成区、流通区和堆积区。 （2）地质条件：松散固体来源和动能、势能 在汇水区和流通区，岩土层分布广泛、厚度大、结构松软、易

6、风化、层理发育；泥石流流域具有不良地质构造。 （3）水文气象条件：强烈的地表径流 短时间内有强度较大的暴雨或冰川和积雪的强烈消融，或高山湖泊、水库的突然溃决等。,第二节 泥石流的形成条件,第二节 泥石流的形成条件,（1）地形条件,第二节 泥石流的形成条件,二、泥石流形成机制 即特定的地表水流在其流域内与各种松 散土石固体物质互相作用，并形成固液两相流体，在一定的沟槽河谷中运动，并最终堆积的全部的过程以及各个阶段中内外力的作用方式。 要讨论的内容：形成、发展以及消亡的全部过程以及力的作用方式。,第二节 泥石流的形成条件,泥石流的形成机制 1、根据侵蚀、搬运、滑移过程，提出了 侵 蚀搬运型泥石流形

7、成机制； 侵蚀滑移型泥石流形成机制； 滑移(滑坡)型泥石流形成机制； 2、根据“膨胀现象”及“跃移现象”论证了 河床型高浓度水流(即稀性紊流型泥石流)的形成运动机制； 滑坡型泥石流形成机制； 从斜坡稳定分析观点和颗粒流理论论证泥石流形成机制。,第三节 泥石流的特征及分类,一、泥石流地质地貌特征（例举：） 形成区及类别：山区粘滞的(结构) 汇水区特征：具有粘土质岩石和以蒙脱石为代表的粘土，此外还有能造成巨大山麓堆积和坚硬的石灰岩、 片岩及火成岩等不易破碎的岩块。 重度：1.91.6 组成：粘土组分不大于固体部分的2530%；其余的为 砂、小碎石、砾石、巨砾，水是泥流组成的部分之一。泥石流保持着直

8、线运动的方向作整体运动，在静止时固结，各组成部分不分散。 破坏：位于山洪泥流经道路上的建筑物及在石流横向上的防护物受破坏，具有直进性和脉动性。,第三节 泥石流的特征及分类,二、泥石流的流态特征(例举模式) 泥石流流态的土力学理论根据是库仑粘滞模式，约翰逊 (1970)提出的此种模式用剪应力和剪应变率关系方程及图 s =c+n tan+bs 式中的粘聚力c和内摩擦力n tan可用屈服强 度K代替，而呈准宾汉塑性模式： s =K+bs 宾汉塑流体的s和s 之间呈线性关系。泥石流运动的产生必须克 服初始屈服强度；b 、s值不能低于抗剪强度初始值而为零,第三节 泥石流的特征及分类,三、泥石流体的结构特

9、征： 其流体内粒状土石(其最大石块直径为 最小颗粒直径的1010倍)与水体的结合形式。 石块在浆体中有悬浮、支撑和沉底三种状态 冲击力大，危害严重,第三节 泥石流的特征及分类,四 泥石流发生的时间规律 (1)季节性：我国泥石流的暴发主要是受连续降雨、暴雨，尤其是特大暴雨集中降雨的激发。因此，泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律相一致，具有明显的季节性。一般发生在多雨的夏秋季节 (2)周期性 ：泥石流的发生受暴雨、洪水、地震的影响，而暴雨、洪水、地震总是周期性地出现。因此，泥石流的发生和发展也具有一定的周期性，且其活动周期与暴雨、洪水、地震的活动周期大体相一致。当暴雨、洪水两者的活动周期相叠

10、加时，常常形成泥石流活动的一个高潮 (3)泥石流的发生，一般是在一次降雨的高峰期，或是在连续降雨稍后。,第三节 泥石流的特征及分类,四、泥石流的分类 泥石流分类是泥石流基本理论问题之一， 它应该反映出泥石流形成机制和各类泥石 流之间的关系、泥石流形成运动过程、影响因素以及其激发活动的有关力的作用模式等。 从物质成分：水石质、泥石质及泥质。 从水体补给方式：雨水型、冰川型两类 暴发起因：融雪型泥流、溃决型泥石流、地震型 泥石流及火山型泥石流 受力性质：土力型（滑坡型和崩塌型两种）；水力型（坡面侵蚀型及河床侵蚀型）,第四节 泥石流的防治,泥石流的防治原则 针对其形成条件及形成机制以及不同性质 的泥

11、石流类型分别对待。 尽可能保持水土不产生流失，上游沟谷两 岸的斜坡予以稳定；保 中游以拦挡为主，同时减缓沟床纵坡；挡 下游以疏导为主，尽可能减少淤积。导,第四节 泥石流的防治,工农业基本建设，以避开为宜。尽可能 做到合理布局，以少受泥石流龙头直接 威胁为宜， 交通线路的通过方案:扇前避绕，扇后避 绕及扇身通过几种可能性加以比较，选择较优方案。 不论采取何种工程措施，事先应对泥石流流速、流量以及予计拦挡导流建筑的 尺寸予以充分调查与计算，计算必须选用或建立适当的公式。,第四节 泥石流的防治,安宁河断裂带上的泥石流地区铁路选线,1、预防 在上游汇水区，作好水土保持工作，如植树造林，种植草皮等；调整地表径流，横穿斜坡修建导流堤，筑排水沟系，使水不沿坡度较大处流动，以降低流速；加固岸坡，以防岩土冲刷和崩塌，尽力减少固体物质来源。,导流堤,泥石流立体格栏坝,2、拦截 在中游流通区，设置一系列拦截构筑物，如拦截坝、拦栅、溢流坝等。以阻挡泥石流中夹带的物质。用改变沟床坡降低流速的