工程地质学基础讲义第六章泥石流[详细]

1、第六章 泥石流,提 要,1. 概述2. 泥石流形成条件3. 泥石流的基本特征4. 泥石流的分类5. 泥石流的地貌作用过程6. 泥石流危险度区划7. 泥石流的防治,概 述,泥石流：是发生在山区一种含有大量泥砂、石块的暂时性湍急水流。 与山洪的根本区别：泥石流中固体物质含量很大，有时可能超过水体量。 活动特点：在一个地段上往往突然爆发，能量巨大，来势凶猛，历时短，复发频繁。,映秀山洪泥石流,绵竹文家沟泥石流,绵竹文家沟泥石流,8.13泥石流之前,8.13泥石流之后,8.13泥石流之后,2010年舟曲泥石流,2010年舟曲泥石流,四川泸定杵尼乡泥石流灾害,1985年，哥伦比亚的鲁伊斯火山泥石流，以5

2、0公里每小时的速度冲击了近3万平方公里的土地，其中包括城镇、农村、田地，哥伦比亚的阿美罗城成为废墟，造成2.5万人死亡，15万家畜死亡，13万人无家可归，经济损失高达50亿美元。,泥石流频繁威胁我们的生产生活,二、泥石流形成条件,地形条件 形成区 三面环山，一面出口，周围山坡陡峻（30-60度）。 流通区 狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻纵坡降大。 堆积区 一般位于山口外或山间盆地边缘，地形较缓。,典型泥石流地形,地质条件,地质条件决定了松散物质的来源 泥石流多发区都是地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、地震频发、崩滑灾害多发地段 堆积物成因：重力堆积、风化残积、坡积、冰水沉积、人工弃

3、渣、冲洪积等 泥石流地常见基岩：片岩、千枚岩、板岩、泥页岩和凝灰岩等,我国地震、泥石流与火山分布,气象水文条件,强烈的暂时性地表径流 暴雨、冰雪、水体溃决 通常认为泥石流的发生与前期降雨有关，但短时间内的集中强降雨也可以引发,可能发生泥石流的H24（D）、H1（D）、H1/6（D）的界限值表,泥石流的特征,泥石流的堆积物,一、泥石流的密度 它的密度较大，达1.2-2.4t/m3。固体物质的百分含量愈高和细颗粒成分愈多，泥石流的密度愈大。沟谷纵坡降的大小与泥石流密度也有一定关系。如有较大的密度，它的浮托力大，搬运能力很强，重达数百吨的巨石也能被搬出出口，泥石流能以惊人的破坏力摧毁前进道路上的障碍

4、物。 二、泥石流的结构 泥石流体最主要的结构，是由石块、砂粒和泥浆体所共同组成的格架结构。石块在浆体中可有悬浮、支撑和沉底三种状态。并随着石块含量的增加和粒径的变化，还可分为星悬型、支承型、叠置型和镶嵌型等四种类型。,格架结构泥石流体的强度较前两种结构要大，因而它的冲击力也最大。尤其是镶嵌格架结构，当运动时整体性强，石块间不会发生猛烈的撞击，普遍发生力的传递；它的冲击力特别大，危害最为严重。,三、泥石流的流态 泥石流流态除受沟床条件控制外，主要受水体与固体物质量的比值以及固体物质的粒径级配所制约。泥石流主要的流态有紊动流、扰动流和蠕动流。 紊动流是稀性泥石流所具有的流态，与挟沙水流的紊流雷动，

5、它的流变方程为：,扰动流是粘性泥石流最常见的一种流态，它的流变方程是以宾汉方程为基础的，即：,当粘性泥石流流速较小、流速梯度也较小、流体中 的石块移动和转动缓慢时，其流态为蠕动性流，蠕 动流是一种似层流，流线大致平行，流变方程为：,总之，稀性泥石流多呈紊动流，粘性泥石流多为 扰动性，但是在河床顺直、纵坡平缓而石块有较 小时，可谓蠕动流。,泥石流速度计算,多采用半理论、半经验计算公式：,四、泥石流的直进性 流体携带了大量固体物质，受阻而将部分物质堆积下来，沟床迅速抬高，超高、爬高，猛烈冲击，截弯取直，冲出新道而向下游奔泄。流体愈粘稠，直进性愈强，冲击力就愈大。成昆线1981年利子依达沟泥石流，流

6、速高达10m/s，密度为2.35t/m3，在沟槽转弯处泥位超高4.8-5.1m。桥头右岸地形急弯阻挡，爬高12m，为泥深的3-4倍。,五、泥石流的脉动性 一般的洪流过程线是单峰（少数为双峰）型涨落曲线；泥石流暴发时，几乎以相等的时间间隔一阵一阵地流动。称阵性运动或波状运动。曲线为正弦曲线，一场泥石流出现几阵、几十阵至上百阵。 泥石流脉动性的主要原因是：一是具有宾汉体的性质；二是具有运动的阻塞特性。,泥石流分类,流域形态化分： 标准型、河谷型、山坡型 物质组成划分： 水石流、泥石流、泥水流 流体性质划分： 粘性、稀性 按照水源物源划分 暴雨、冰川、溃决 火山、破面侵蚀型、崩滑型、弃渣型,标准型泥

7、石流 流域呈扇形，能明显划分出形成区、流通区和堆积区。,一、按照流域形态划分,河谷型泥石流 流域呈狭长条形，固体物质来源于沟谷中分散的坍滑体，对流通区和堆积区不能明显分开。,坡面型泥石流 其流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。,二、按泥石流的物质组成分类 水石流 一般含有非常不均匀的石块和砂砾，粘土质细粒物质含量少，堆积物常常是很大的粗碎屑物质。 泥石流 既含有很不均一的粗碎屑成分，又含有相当多的粘土质组粒物质，有一定的粘结性，堆积物常形成了粘结较牢固的土石混合物。 泥流 基本上由细碎屑和粘土物质组成，粗碎屑物含量很少，黄土高原地区分布有此类泥石流。,泥石流型,泥流型,水石流型,

8、三、按泥石流的流体性质分类 粘性泥石流 含有大量的细粒粘土物质，固体物质含量占40-60%，粘性很大。它的密度大（ 1.6t/m 3 ），浮托力强。有明显的爬高和截弯取直作用，堆积区不发生散流，堆积物无分选性，较密实。 稀性泥石流 水是主要成分，固体物质占10-40%，且细粒物质少，不能形成粘稠的整体，水泥浆速度远远大于石块的运动速度，石块以滚动或跃移方式下泄。堆积区呈扇状散流，将原来的堆积扇切割成条条深沟。堆积物地面较平坦，结构较松散，层次不明显，沿流途的停积物有一定的分选性。,粘性泥石流,稀性泥石流,泥石流防治措施,绕避,一、生物措施 生物措施包括恢复或培育植被，合理耕牧，维持较优化的生态

9、平衡。,二、工程措施 (1)蓄水、引水工程 包括调洪水库、截水沟和引水渠。 (2)支挡工程 有挡土墙、护坡等。 (3)拦挡工程 这类工程多布置在流通区内，主要是修建坝体，也称谷坊坝。 挡坝群是国内外广泛采用的防治工程。沿沟修筑一系列高5-10米的低坝或石墙，坝（墙）身上应留有水孔以宣泄水流，坝顶留有溢流口可宣泄洪水。 为了防止规模巨大的泥石流破坏重要城镇或重大工程，还需修建高大的泥石流拦挡坝。 (4)排导措施 泄洪道和导流堤。泄洪道能起到顺畅排泄泥石流的作用，使之在远离保护区停积下来。 导流堤能起到引导泥石流专项的作用，必须建筑于出山口处，以确保对象的安全。,H为坝高，I为沟谷纵坡降，I0为坝前堆积物表面的坡度， der为堆积物颗粒的平均粒径（以m为单位），R为水力 半径（以m为单位）。,泄洪道与导流堤,导流堤,舟曲，导流堤被堵,(5)保护交通线路的专门防治措施 如跨越泥石流的桥梁、涵洞、穿越泥石流的护路明洞、护路廊道、隧道、渡槽等防护工程。,泥石流沟的选线方案