第八章 泥石流

第八章泥石流工程地質(zhì)研究第一節(jié)概述第二節(jié)泥石流形成條件第三節(jié)泥石流的分類第四節(jié)泥石流防治

第一節(jié)概述泥石流(debrisflow，mudflow)是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂、石塊的暫時性急水流。典型的泥石流由懸浮著粗大固體碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥漿組成。在適當(dāng)?shù)牡匦螚l件下，大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質(zhì)，使其穩(wěn)定性降低，飽含水分的固體堆積物質(zhì)在自身重力作用下發(fā)生運動，就形成了泥石流。它的活動特點是：在一個地段上往往突然暴發(fā)，能量巨大，來勢兇猛，歷時短暫，且復(fù)發(fā)頻繁，因此破壞力強大。泥石流現(xiàn)象幾乎在世界上所有的山區(qū)都有可能發(fā)生，尤以最新隆起山系最為活躍，遍及全球50多個國家，如日本、美國、俄羅斯、奧地利等我國山區(qū)面積廣大，山地約占全國總面積的70%，又多處于季風(fēng)氣候區(qū)，降水集中，晚近代地殼運動劇烈、地震頻繁、地形陡峭而切割破碎，泥石流現(xiàn)象普遍

第二節(jié)泥石流形成條件

地形條件地質(zhì)條件氣象水文地形條件地貌條件是形成泥石流的內(nèi)因和必要條件，制約著泥石流的形成和運動，影響泥石流的規(guī)模和特性。泥石流總是發(fā)生在陡峻的山岳地區(qū)，一般是順著縱坡降較大的狹窄溝谷活動的，可以是干涸的嶂谷、沖溝，也可以是有水流的河谷。泥石流形成的地貌條件：主要是泥石流溝溝床比降、溝坡坡度、坡向、集水區(qū)面積和溝谷形態(tài)等每一處泥石流自成一個流域。典型的泥石流流域可劃分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)三個區(qū)段：地形條件(一)形成區(qū)多為三面環(huán)山、一面出口的寬闊地段，周圍山坡陡峻，地形坡度多為30°～60°，溝床縱坡降可達(dá)30°以上。(二)流通區(qū)該區(qū)是泥石流搬運通過的地段，多系狹窄而深切的峽谷或沖溝，谷壁陡峻而縱坡降較大，且多陡坎和跌水。當(dāng)縱坡陡而順直時，泥石流流途通暢，可直瀉下游，能量大。反之則易堵塞停積或改道，削弱能量。(三)堆積區(qū)一般位于出山口或山間盆地邊緣，地形坡度通常小于5°。由于地形豁然開闊平坦，泥石流動能急劇降低，最終停積下來，形成扇形、錐形或帶形堆積灘。地質(zhì)背景條件地質(zhì)條件主要決定了松散固體物質(zhì)的來源。泥石流強烈發(fā)育的山區(qū)，都是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石風(fēng)化破碎、新構(gòu)造運動活躍、地震頻發(fā)、崩滑災(zāi)害多發(fā)的地段。地質(zhì)構(gòu)造地層巖性地震地質(zhì)構(gòu)造我國構(gòu)造運動表現(xiàn)十分強烈，斷裂非常發(fā)育，特別是以縱向構(gòu)造和歹字型構(gòu)造最突出，這些斷裂規(guī)模大、活動性強，是影響區(qū)域地殼穩(wěn)定性的主要因素。大斷裂分布地區(qū)，也是區(qū)域地震活動最為頻繁地區(qū);斷裂對地形的影響和斜坡巖體的破壞作用也很明顯，它們不僅控制著我國現(xiàn)代地貌的發(fā)育，而且也基本控制了我國泥石流發(fā)育和區(qū)域的分布特征。大斷裂構(gòu)造的破碎帶可長達(dá)幾公里至數(shù)十公里，沿斷裂帶上軟弱構(gòu)造面發(fā)育，巖石破碎，形成了糜棱巖、破裂巖和角礫巖等動力變質(zhì)巖，成為滋生泥石流的溫床，是泥石流發(fā)生發(fā)展的控制性因素。我國活動斷裂帶，諸如安寧河斷裂帶、綠汁江斷裂帶、小江斷裂帶和波密-易貢斷裂帶以及白龍江斷裂帶等，成為我國泥石流最發(fā)育地區(qū)（數(shù)量、規(guī)模、活動強度）?；顒訑嗔褬?gòu)造有利于泥石流的發(fā)育和形成，但不是所有斷裂構(gòu)造都能發(fā)育和形成泥石流。地層巖性在地質(zhì)構(gòu)造控制下，一個地區(qū)的地層巖性與泥石流發(fā)育和形成也有密切的關(guān)系。由于風(fēng)化速度的差異，巖性軟弱的巖層或軟硬相間的巖層比巖性均一的堅硬巖層易遭破壞，提供松散物質(zhì)也就越易，對于形成泥石流就越有利。我國易發(fā)育和形成泥石流的巖層主要有以下幾類：(1)新生界地層：為固結(jié)較差的粘土巖類和各種成因的松散堆積物，如西南成都粘土、昔格達(dá)粘土，西北地區(qū)的黃土及含鹽地層。(2)中生界陸相地層(特別是含膏鹽紅層)：此類巖層巖石固結(jié)性差，抗剪強度低，易軟化和泥化，在干濕度變化下脹縮作用明顯，巖石表層崩解迅速，常形成較厚的碎屑層;該地層常含膏鹽，在水的長期作用下，固結(jié)力會降低甚至失去;由于軟化性大，當(dāng)其處于邊坡位置，特別是當(dāng)產(chǎn)狀與坡向一致時，坡面易于失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡，成為泥石流的物質(zhì)補給來源。(3)煤系地層。該地層為砂泥質(zhì)巖系，粘土巖類強度低，遇水易軟化。(4)含凝灰?guī)r夾層的玄武巖(5)變質(zhì)巖類：此類巖層時代古老，節(jié)理、裂隙發(fā)育，常有較厚的風(fēng)化帶，特別是在水浸作用下，其中變質(zhì)礦物如絹云母、綠泥石易重新分解為粘土礦物而發(fā)生泥化，極易產(chǎn)生滑坡，形成泥石流。(6)碳酸鹽巖層。該巖層具有可溶性，在石灰?guī)r分布地區(qū)只有機械風(fēng)化或寒凍風(fēng)化所形成的巖塊碎屑或經(jīng)淋溶殘積紅土，成為泥石流流域固體物質(zhì)補給源時，才有可能參與泥石流活動。(7)強烈風(fēng)化的花崗巖?；◢弾r在炎熱多雨的氣候條件下，易形成深厚的風(fēng)化殼，厚度達(dá)到50-100米，強風(fēng)化帶厚5-30米，呈砂土狀，強度低，易于泥石流發(fā)育和形成。在高寒地區(qū)以寒凍風(fēng)化為主，巖體機械破碎，形成巖屑型風(fēng)化殼，也利于泥石流發(fā)育。地震地震是釋放地殼應(yīng)力和地殼應(yīng)變能量的重要方式之一。地震特別是強震可顯著降低表層的強度，破壞自然斜坡的穩(wěn)定性。地震所激發(fā)的滑坡等，是地震力對斜坡變形的直接效應(yīng)，7級以上的強震還可產(chǎn)生大量地震斷層，這些都直接增加了泥石流固體物質(zhì)來源。地震對泥石流發(fā)育和分布的影響大小主要受地震烈度的控制。一般在7度以上的地區(qū)，地震對泥石流發(fā)育和分布影響顯著。舟曲處在汶川地震活躍帶上，是地震重災(zāi)區(qū)之一，地震導(dǎo)致舟曲的山體松動，極易垮塌氣象水文氣象水文是激發(fā)泥石流發(fā)生的決定性因素，泥石流形成必須有強烈的地表徑流，地表徑流是暴發(fā)泥石流的動力條件。泥石流的地表徑流來源于暴雨、高山冰雪強烈融化和水體潰決等。連續(xù)的強降雨是舟曲泥石流的主要觸發(fā)因素

第三節(jié)泥石流的分類按泥石流流域形態(tài)分類按泥石流的物質(zhì)組成分類按泥石流的流體性質(zhì)分類按泥石流流域形態(tài)分類標(biāo)準(zhǔn)型泥石流：流域呈扇形，其面積較大，有十幾至幾十平方公里，能明顯地劃分出形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)河谷型泥石流：流域呈狹長條形，形成區(qū)多為河流上游的溝谷，固體物質(zhì)來源于溝谷中分散的坍滑體。溝谷中一般常年有水，故水源較豐富。流通區(qū)與堆積區(qū)往往不能明顯分開，在流通區(qū)內(nèi)既有沖刷，又有堆積。山坡型泥石流：流域面積較小，一般小于1km2。流域呈斗狀，無明顯流通區(qū)，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連。按泥石流的物質(zhì)組成分類水石流型泥石流：這種類型泥石流一般含有非常不均勻的石塊和砂礫，粘土質(zhì)細(xì)粒物質(zhì)含量少，而且在泥石流運動過程中極易被沖洗掉。所以水石流型泥石流的堆積物常常是很大的粗碎屑物質(zhì)。泥石流型泥石流：這類泥石流既含有很不均一的粗碎屑成分，又含有相當(dāng)多的粘土質(zhì)細(xì)粒物質(zhì)。因具有一定的粘結(jié)性，泥石流型泥石流的堆積物常形成為粘結(jié)較牢固的土石混合物。泥水流型泥石流：固體物質(zhì)基本上由細(xì)碎屑和粘土物質(zhì)所組成，粗碎屑物含量很少，甚至沒有。我國黃土高原地區(qū)分布有此類泥石流。按泥石流的流體性質(zhì)分類粘性泥石流：這類泥石流含有大量的細(xì)粒粘土物質(zhì)，固體物質(zhì)含量占40－60％，最高可達(dá)80％。水和泥砂、石塊凝聚成一個粘稠的整體，粘性很大。它的密度大，浮托力強。當(dāng)它在流途上經(jīng)過彎道或遇障礙物時，有明顯的爬高和截彎取直作用，并不一定循溝床運動。粘性泥石流在堆積區(qū)不發(fā)生散流，而是以狹窄條帶狀如長舌一樣向下奔泄和堆積。堆積物地面坎坷不平，停積時堆積物無分選性；且結(jié)構(gòu)往往與運動時相同，較密實。稀性泥石流：這類泥石流水是主要成分，固體物質(zhì)占l0－40％，且細(xì)粒物質(zhì)少，因而不能形成粘稠的整體。在運動過程中，水泥漿速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石塊的運動速度；石塊以滾動或躍移方式下泄。它具有極強的沖刷力，常在短時間內(nèi)將原先填滿堆積物的溝床下切成幾米至十幾米的深槽。稀性泥石流在堆積區(qū)呈扇狀散流，將原來的堆積扇切割制成條條深溝。堆積后水泥漿逐漸流失。堆積物地面較平坦，結(jié)構(gòu)較松散，層次不明顯。沿流途的停積物有一定的分選性。第四節(jié)泥石流防治防治原則：堅持以防為主、防治結(jié)合、除害興利的原則因地制宜、綜合治理的原則全面規(guī)劃、突出重點的原則堅持投資省、效益高、技術(shù)可行的原則防治工程應(yīng)遵循泥石流自身的特點和規(guī)律具體防治措施有治理措施和預(yù)防措施預(yù)防措施：空間預(yù)測時間預(yù)報危險度判別泥石流治理

泥石流災(zāi)害的治理是在泥石流的形成、流通、堆積區(qū)內(nèi)，采取相應(yīng)的治理工程（如蓄水、引水工程，攔擋、支護(hù)工程，排導(dǎo)、引渡工程，停淤工程及改土護(hù)坡工程等），以控制泥石流的發(fā)生和危害。泥石流的治理工程通常適用于泥石流規(guī)模大，暴發(fā)不很頻繁、松散固體物質(zhì)補給及水動力條件相對集中，保護(hù)對象重要，要求防治標(biāo)準(zhǔn)高、見效快、一次性解決問題的情況。治理工程主要有治水、治土和排導(dǎo)等為主的方案。

1）治水為主的方案：利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水徑流，削減水動力條件，使水土分離，穩(wěn)定山坡。輔之少量攔擋、排導(dǎo)工程穩(wěn)定部分土體，適用于水力類泥石流溝的治理。

2）治土為主的方案：利用攔擋、支護(hù)工程，攔蓄泥石流固體物質(zhì)，穩(wěn)定溝岸崩塌及滑坡；同時輔以排導(dǎo)、截水工程等。適用于土力類崩塌滑坡型泥石流溝的治理。

3）排導(dǎo)為主的方案：利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的危害。

4）綜合治理方案：在具體實施泥石流的防治時，宜采取坡面、溝道兼顧，上下游統(tǒng)籌的綜合治理方案。一般在溝谷上游以治水為主，中游以治土為主，下游以排導(dǎo)為主。治理措施生物措施工程措施蓄水、引水工程支擋工程攔擋工程排導(dǎo)工程儲淤工程生物工程通過對現(xiàn)有森林植被的保護(hù)、荒山荒坡營造水源涵林、水流調(diào)節(jié)林、護(hù)坡林、溝道防沖林、治理工程的防護(hù)林等，使泥石流治理的流域內(nèi)恢復(fù)植被，形成良好的生態(tài)環(huán)境。工程措施蓄水、引水工程：包括調(diào)洪水庫、截水溝和引水渠等。工程建于形成區(qū)內(nèi)，其作用是攔截部分或大部分洪水、削減洪峰，以控制暴發(fā)泥石流的水動力條件。避免經(jīng)過崩滑地段而應(yīng)在它的后緣外側(cè)通過，并嚴(yán)防滲漏、潰決和失排。支擋工程：擋土墻、護(hù)坡等。在形成區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡嚴(yán)重地段，可在坡腳處修建擋墻和護(hù)坡，以穩(wěn)定斜坡。攔擋工程這類工程多布置在流通區(qū)內(nèi)，修建攔擋泥石流的壩體，也稱谷坊壩。它的作用，主要是攔泥滯流和護(hù)床固坡

排導(dǎo)工程包括排導(dǎo)溝、渡槽、急流槽、導(dǎo)流堤等，多數(shù)