泥石流形成機理及防治措施范文

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《地質災害與環境保護雜志》2015年第一期

1泥石流形成的條件

1．1物源條件長坡溝上游溝坡和溝底都存在較多的松散堆積物大多由大塊石、碎石組成，期間充填泥砂，長期被流水浸泡，易風化崩解。根據泥石流前勘查數據，利用5個橫剖面和1個縱剖面分段計算；總方量C＝C1＋C2＋C3＋C4＋C5＝49．0888×104m3；C1＝長（100m）×寬（13m）×深（20m），該段為滑坡舌，其中該段鉆孔表明堆積物厚度為17m；C2＝長（92m）×寬（38m）×深（25m），該段鉆孔表明堆積物厚度為25．4m；C3＝長（79．3m）×寬（50m）×深（25m）；C4＝長（37．4m）×寬（46m）×深（25m）；C5＝長（261．5m）×寬（36m）×深（25m）。加上長坡中游和下游部分小滑坡體和堆積物，總共物源約有66×104m3。

1．2降水條件氣候－氣象條件是誘發泥石流的重要因素，它決定和影響著泥石流發生的時間、空間分布規律，對其活動性質亦產生作用。氣候－氣象條件主要體現在降水上，前人研究［2－4］顯示，年降水量大于800mm的亞熱帶和暖溫帶河谷地區泥石流較發育。泥石流發生的可能性、數量、規模等在很大程度上取決于降雨量強度大小，它是一個十分關鍵的激發因素。長坡溝所在區域屬中亞熱帶濕潤季風氣候，干濕分明，年平均降雨量1371～1700mm，降雨量分配不均，一年中降雨峰值出現在7、8月，占全年的47％，冬春降雨稀少，僅占13％，個別年份出現日降雨量在400mm以上的特大暴雨。降雨對斜坡上不連續結構面進行侵蝕、軟化，加快滑移面形成；同時對增加滑體的重量和動水壓力起著誘發作用。在長坡溝泥石流發生前期持續數日的大雨讓大量雨水滲透進入長坡溝上游物源內，增重物源重力勢能的同時起到了潤滑滑動面的作用，而泥石流發生當天和前夜的大暴雨則是觸發泥石流最終發生的導火索。

2泥石流特征值

2．1泥石流流速泥石流流速是決定泥石流運動性質的最重要參數之一。目前泥石流流速計算仍為經驗公式和半經驗公式。由于長坡溝泥石流屬于稀性泥石流，應該采用西南地區（鐵二院）稀性泥石流流速計算公式。泥石流斷面面積是訪問當地老鄉，根據了解當時泥石流厚約3m，經計算得到的。根據泥石流數量化評分確定長坡溝總得分120，查《泥石流災害防治工程勘察規范》［6］中附錄G2的泥沙修正系數將長坡溝φ定為0．998，長坡溝糙率系數取7。計算結果見表1。

2．2泥石流流量計算本文采用雨洪法［7］計算泥石流的流量即在泥石流與暴雨同頻率、且同步發生、計算斷面的暴雨洪水設計流量全部轉變成泥石流流量的假設下建立的計算方法。其計算步驟是先按水文方法計算斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量（計算方法查閱水文手冊），公式如下：（1）清水流量計算按中國水利科學院水文研究所提出的小匯水面積設計流量公式計算如下。根據可查的氣象資料顯示，2013年雨季暴雨小時雨強（P＝1％）為100mm／h。計算結果見表2。式中，Qc為泥石流斷面峰值流量（m3／s）；φ為泥砂修正系數；Qp為暴雨洪峰流量；Dc為堵塞系數。泥石流阻塞系數取值的選擇是根據《泥石流災害防治工程勘查規范》［7］和《工程地質手冊》［8］第六篇第三章（泥石流）推薦的云南東川7年中40個觀測資料驗證的值，再經綜合分析而選取的。長坡溝溝槽寬窄變化明顯，中游有巖脈窄口，所以長坡溝是屬于中度阻塞，取Dc為2．0；據此，采用雨洪法求得泥石流峰值流量（表3）。

2．3一次泥石流過程總量及固體物質總量（1）一次泥石流過程總量一次泥石流過程總量Q可以通過計算法和實測法確定。實測法精度高，但往往不具備測量條件，只是一個粗略的概算，所以按照《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ／T0220－2006）附錄I提供的公式進行計算。根據當地居民回憶印證，該次泥石流發生歷時4個小時，即T＝14400s。而長坡溝流域匯水面積小于5km2，故取K＝0．202。計算得到長坡溝泥石流一次過程總量如表4所示。（2）一次泥石流固體物質沖出量一次泥石流固體物質沖出量《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ／T0220－2006）附錄I提供的公式進行計算。利用上面計算的一次泥石流過程總量，據此計算得泥石流一次沖出固體物質的沖出量如表5。長坡溝泥石流流體的組成特征：漿體是由不含或含少量的粘性物質組成，粘度值＜0．3pa•s，只形成網格結構，不會產生曲張應力，為牛頓體。非漿體部分的粗顆粒由大小石塊、碎石、粗砂及少量粉砂、粘土組成，流動狀態為紊流，固、液兩相不等速運動，有垂直交換和散流現象，泥石流中固體物質易出，表現為沖淤變化大，堆積物有一定的分選性，沉積物以粗粒物質為主。據以上特征，可以判斷該泥石流屬于稀性泥石流。

2．4泥石流沖擊力計算泥石流沖擊力是泥石流防治工程設計的重要參數。分為流體整體沖壓力與個別石塊的沖擊力兩種。按照《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ／T0220－2006）附錄I提供的公式選擇并進行計算。由于大石塊對公路的危害影響較大，而長坡溝中大石塊的重量一般為62t左右，C1、C2分別為巨石、公路的彈性變形系數，C1＋C2＝0．005。據此，計算出重量為62t的大石塊對公路的沖擊力為11569．2N。

3防治建議

為避免和減少泥石流再次發生所帶來的威脅，應在長坡溝的上游修建攔砂壩，在在泥石流勢能轉化為動能之前給予攔截；對于上游泥石流形成區和流通區的拐彎處和薄弱處的邊坡進行混凝土固化，在下游已筑的人工欄壩下可修筑副壩增加主壩基礎的強度，防止主壩垮塌；使用防水布將滑坡堆積物尤其是后緣覆蓋，或在表面修筑導流槽和明渠將雨水快速從兩側導入下游，防治雨水持續下滲。滑坡后緣拉裂縫以及地裂縫，全部回填并夯實，防止裂縫滲水和進一步擴大造成土體失穩。將下游流通區和堆積區溝內已經存在泥石流堆積物應清理干凈，避免再次發生的泥石流堆積物累積外溢至廠區和公路；長坡溝兩岸植被大大破壞，覆蓋率較低，應植樹造林，種植草皮，以穩固土壤不受沖刷不致流失。

4結語

（1）長坡溝平均坡度為32°，最大可達42°～45°，縱坡降為432‰，屬于陡峭而強烈切割的地形，并有較大的溝床縱坡比降。下伏地層巖性為炭、硅質板巖，泥頁巖，變質砂巖，夾千枚巖等，汶川地震后巖體裂隙構造發育，根據長坡溝兩岸巖體穩定性分析顯示長坡溝下游兩岸巖體均有滑動的可能，右岸滑動的可能性較大。（2）泥石流發生前長坡溝上游物源據測算大約有66×104m3。該地區雨量豐富，年降雨為1371～1700mm，且47％降雨量集中在7～8月份，泥石流發生前持續降雨充分滲入物源，增加重力勢能并潤滑了下滑面，最終導致了長坡溝泥石流的發生。（3）該泥石流屬稀性泥石流，通過對泥石流特征值的計算可得，該次泥石流流速為2．95m／s，泥石流峰值流量為7．59m3／s，一次泥石流物源總量為11．64×104m3，其中固體物質總量為5．57×104m3，泥石流整體沖壓力為2．35Pa，大石塊對公路的沖擊力為11569．2N。本次泥石流發生后長坡溝上游依然存在大量物源。在適當的降雨條件下仍有較大的可能性再次發生。（4）防治方式主要有：在上游修筑攔砂壩，對于上游泥石流形成區和流通區的拐彎處和薄弱處的邊坡進行混凝土固化，使用防水布將滑坡堆積物尤其是后緣覆蓋，或在表面修筑導流槽和明渠將雨水快速從兩側導入下游，防治雨水持續下滲。回填滑坡后緣拉裂縫以及地裂縫并夯實，將下游泥石流堆積物轉移，種植草皮樹木，以穩固土壤不受沖刷不致流失。

作者：李文博 魏菲 倪師軍 施澤明 石建凡 廖超 單位：成都理工大學地球化學系 地學核技術四川省重點實驗室