工程地質(zhì)學課件-第五章-泥石流

1§1概述泥石流是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂和石塊的暫時性急水流。由于它具有強大的破壞力，往往在很短暫的時間內(nèi)造成工程設(shè)施、農(nóng)田和生命財產(chǎn)的嚴重損失，所以是威脅山區(qū)居民生存和工農(nóng)業(yè)建設(shè)的一種地質(zhì)災(zāi)害。

2§1概述泥石流活動過程與一般山洪活動的根本區(qū)別：流體中固體物質(zhì)含量很大，有時可超過水體量?；顒犹攸c：在一個地段上往往突然爆發(fā)，能量巨大，來勢兇猛，歷時短暫，復發(fā)頻繁。

3§1概述泥石流的地理分布廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界約有近70個國家不同程度地遭受過泥石流襲擊，主要分布在亞洲、歐洲和南、北美洲。我國山地面積廣大，自然地理和地質(zhì)條件復雜，加之幾千年人文活動的影響，所以是世界上泥石流災(zāi)害最嚴重的國家之一。

4§1概述1970年發(fā)生于秘魯境內(nèi)的一次泥石流事件，是由于火山爆發(fā)使高山上的冰雪大量急剮融化所致。它招致了5萬多人死亡和80萬人無家可歸，破壞了若干城鎮(zhèn)，有2萬居民的云蓋城全城被埋于泥石流漿體之下。5孟加拉國泥石流死據(jù)孟加拉國當?shù)仉娨暸_報道，孟加拉國東南部城市吉大港2007年6月11日暴雨引發(fā)泥石流，截至目前已造成76人死亡，多人失蹤。吉大港自10日晚開始普降大暴雨，目前市中心部分地區(qū)的積水已達齊腰深。吉大港是孟加拉國第二大城市，屬于多山地形。6§1概述1981年7月9日利子依達溝的一次泥石流，將一列正在隧道中駛出的客車的兩輛機車和前兩節(jié)車廂，連同橋梁被沖入大渡河，另兩節(jié)車廂顛覆于橋下，死亡275人，直接經(jīng)濟損失2000萬元。是我國鐵路史上最慘重的泥石流災(zāi)難。

782008年11月2日凌晨2時許，由于連日暴雨，楚雄州境內(nèi)發(fā)生特大泥石流事故。從10月24日至11月2日，楚雄州出現(xiàn)了歷史罕見的秋季連續(xù)強降雨天氣過程，全州平均降雨135毫米，出現(xiàn)了17站次大雨，其中暴雨5站次。此次強降雨造成楚雄州雙柏、祿豐、南華、武定等縣（市）嚴重受災(zāi)，造成特大泥石流事故。9致15個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）發(fā)生不同程度的自然災(zāi)害，有7個村交通、通訊中斷，造成經(jīng)濟損失1135.09萬元祿勸電站7貨車沖走10浙江臨安泥石流2005年９月３日晚至９月４日凌晨，浙江省臨安市昌化鎮(zhèn)因突降特大暴雨造成山體塌方，由此引發(fā)泥石流，隨洪水沖入村莊，造成當?shù)兀保泵r(nóng)民遇難，１人失蹤。洪水同時毀壞了大量農(nóng)田、房屋和道路。112009年7月23日，甘孜州康定縣突降暴雨，造成該縣舍聯(lián)鄉(xiāng)發(fā)生山體滑坡和泥石流災(zāi)害，泥石流沖入大渡河導致河道阻塞，形成堰塞湖12甘肅省舟曲縣情況介紹舟曲縣位于甘肅省東南部的白龍江中上游，東、北與隴南地區(qū)的武都、宕昌縣為鄰，南與隴南地區(qū)的文縣、四川省南坪縣接壤，西與本州迭部縣毗連。東徑103度51分至104度45分，北緯33度13分至34度01分，西秦嶺、岷山山脈呈東南至西北走向貫穿全境，地勢西北高、東南低。境內(nèi)多高山深谷，氣候垂直變化十分明顯，半山河川地帶溫暖濕潤。海拔在1173至4505米之間，年均氣溫12.7攝氏度，年降水量400毫米至900毫米。全縣總面積2983.7平方公里，其中耕地面積16.44萬畝。共轄22鄉(xiāng)，總?cè)丝?3.47萬多人，其中農(nóng)業(yè)人口占91.4%，藏族人口占31.03%。舟曲縣自然地理復雜，生態(tài)環(huán)境和氣候特殊，為多種生物的繁衍提供了良好的條件。境內(nèi)森林茂密，資源豐富，有大熊貓、金絲猴、羚羊等珍稀動物，花椒、核桃、柿子、黑木耳、蘋果等地方特產(chǎn)享有盛譽。

13舟曲泥石流2010年8月7日22時許，甘南藏族自治州舟曲縣突降強降雨，縣城北面的羅家峪、三眼峪泥石流下泄，由北向南沖向縣城，造成沿河房屋被沖毀，泥石流阻斷白龍江、形成堰塞湖。5公里長、500米寬區(qū)域被夷為平地截至當日16時統(tǒng)計，泥石流災(zāi)害已造成127人死亡，76人受傷，近2000人失蹤，緊急轉(zhuǎn)移安置4.5萬人，倒塌房屋120余戶300余間。14災(zāi)情統(tǒng)計舟曲縣“8-7”特大暴洪災(zāi)害受災(zāi)4496戶、20227人；水毀農(nóng)田1417畝，水毀房屋307戶、5508間，其中農(nóng)村民房235戶，城鎮(zhèn)職工及居民住房72戶；進水房屋4189戶、20945間，其中農(nóng)村民房1503戶，城鎮(zhèn)民房2686戶；機關(guān)單位辦公樓水毀21棟，損壞車輛18輛。15目前，已成功解救受災(zāi)群眾1242人，失蹤1348人，死亡137人，受傷住院37人，其中重傷20人（13名重病員已于今天下午3時送往蘭州接受治療），門診治療208人；醫(yī)院、指揮機關(guān)、各安置點供電恢復，通訊基本正常。通過利用當?shù)乜衫盟┧⒗┧确绞?，部分群眾已?jīng)喝上了干凈的飲用水；受損的廣播電視業(yè)務(wù)大樓和傳輸設(shè)施正在全力搶修；通往外界的公路基本搶通，救援物資已陸續(xù)運抵舟曲縣，并有序分散發(fā)放到受災(zāi)群眾手中，已基本實現(xiàn)有飯吃、有衣穿、有干凈水喝、有病醫(yī)、有臨時住所。16上午8時和9時34分，蘭州軍區(qū)工兵團成功爆破堰塞湖的一個缺口，使水位下降48厘米，為搶險救災(zāi)工作創(chuàng)造了有利條件。17§2形成條件泥石流的形成，必須同時具備三個基本條件地形條件地質(zhì)條件氣象水文條件18一、地形條件

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

每一處泥石流自成一個流域典型的泥石流流域可劃分為3個區(qū)段：1.形成區(qū)2.流通區(qū)3.堆積區(qū)返回191．泥石流形成區(qū)（上游）

為三面環(huán)山、一面出口的半圓形寬闊地段，周圍山坡陡峻，多為30°-60°的陡坡面積大者可達數(shù)平方公里至數(shù)十平方公里坡體往往光禿破碎，無植被覆蓋。斜坡常被沖溝切割，崩塌、滑坡發(fā)育地形有利于匯集周圍山坡上的水流和固體物質(zhì)

典型泥石流流域示意圖

返回212．泥石流流通區(qū)（中游）

泥石流流通區(qū)是泥石流搬運通過的地段，多為狹窄而深切的峽谷或沖溝，谷壁陡峻,縱坡降較大，多陡坎和跌水。泥石流物質(zhì)進入本區(qū)后具極強的沖刷能力，將溝床和溝壁上的土石沖刷下來攜走流通區(qū)縱坡的陡緩、曲直和長短，對泥石流的破壞強度有很大影響223．泥石流堆積區(qū)（下游）

泥石流堆積區(qū)是泥石流物質(zhì)的停積場所，一般位于山口外或山間盆地邊緣，地形較平緩。由于地形豁然開闊平坦，泥石流的動能急劇變小，最終停積下來，形成扇形、錐形或帶形的堆積體，典型的地貌形態(tài)為洪積扇，地面往往壟崗起伏，坎坷不平，大小石塊混雜。泥石流復發(fā)頻繁，所以堆積扇會不斷淤高擴展，到一定程度逐漸減弱泥石流對下游地段的破壞作用

23二、地質(zhì)條件

地質(zhì)條件決定了松散固體物質(zhì)的來源，也為泥石流活動提供動能泥石流強烈活動的山區(qū)特點：地質(zhì)構(gòu)造復雜巖石風化破碎新構(gòu)造運動活躍地震頻發(fā)崩滑災(zāi)害叢生這樣的地段，既為泥石流活動準備了豐富的固體物質(zhì)來源，又因地形高聳陡峻，高差對比大，具有強大的動能優(yōu)勢。例如，南北向地震帶是我國最強烈的地震帶，也是我國泥石流最活躍的地帶，其中的東川小江泥石流、西昌安寧河泥石流、武都白龍江泥石流和天水渭河泥石流，都是我國最著名的泥石流帶。在泥石流形成區(qū)內(nèi)有大量易于被水流侵蝕沖刷的疏松土石堆積物，是泥石流形成的最重要條件。堆積物的成因多種多樣，有重力堆積的、風化殘積的、坡積的、冰磧的或冰水沉積的等類型。粒度成分相差懸殊，巨大的漂礫和細小的粉、粘粒、互相混雜。一旦濕化飽水后，易于坍塌而被沖刷；此外，泥石流源地常見的基巖，往往是片巖、千枚巖、泥頁巖和凝灰?guī)r等軟弱巖層。25三、氣象水文條件泥石流形成必須有強烈的地表徑流，它為爆發(fā)泥石流提供動力條件。泥石流的地表徑流來源于暴雨、冰雪融化和水體潰決等?？蓪⒛嗍鲃澐譃楸┯晷捅┤诨退w潰決型暴雨型泥石流是我國最主要的泥石流類型

我國除西北、內(nèi)蒙地區(qū)外，大部分地區(qū)受熱帶、亞熱帶濕熱氣團的影響，由季風氣候控制，降水季節(jié)集中。在云南、四川的山區(qū)，受孟加拉濕熱氣團影響較強烈，在西南季風控制下，夏秋多暴雨，降水歷時短，強度大。如云南東川地區(qū)一次暴雨6h降水量180mm，最大降雨強度達55mm/h，形成了歷史上罕見的暴雨型泥石流。在東部地區(qū)則受太平洋暖濕氣團影響，夏秋多臺風和熱帶風暴。1981年8號強臺風侵襲東北，使遼寧老帽山地區(qū)下了特大暴雨，6h降水量395mm，其中最大降雨強度為116.5mm／h，爆發(fā)了一場巨大的泥石流。27暴雨可引發(fā)泥石流

有冰川分布和大量積雪的高山區(qū)，當夏季冰雪強烈消融時，可為泥石流提供豐富的地表徑流。西藏東部的波密地區(qū)、新疆的天山山區(qū)即屬這種情況。在這些地區(qū)，泥石流形成有時還與冰川湖的突然潰決有關(guān)。由上述可知，泥石流發(fā)生有一定的時空分布規(guī)律。在時間上，多發(fā)生在降雨集中的雨汛期或高山冰雪強烈消融的季節(jié)，主要是在每年的夏季。在空間上，多分布于新構(gòu)造活動強烈的陡峻山區(qū)在自然條件作用下，人文活動往往會導致地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境惡化，促使泥石流活動加劇。山區(qū)濫伐森林，不合理開墾土地，破壞植被和生態(tài)平衡，造成水土流失，并可產(chǎn)生大面積山體崩塌和滑坡，為泥石流爆發(fā)提供了固體物質(zhì)來源。川西和滇東北山區(qū)成為我國最嚴重泥石流活動區(qū)的另一重要原因，就是由于近一個多世紀來濫伐森林資源而導致植被退化。此外，采礦堆渣、水庫潰決等，也可招致泥石流發(fā)生。

2930季節(jié)性云南省東川地區(qū)在1966年是近十幾年的強震期，使東川泥石流的發(fā)展加劇。僅東川鐵路在1970-1981年的11年中就發(fā)生泥石流災(zāi)害250余次。1981年，東川達德線泥石流，成昆鐵路利子伊達泥石流、寶成鐵路、寶天鐵路的泥石流，都是在大周期暴雨的情況下發(fā)生的。泥石流的發(fā)生，一般是在一次降雨的高峰期，或是在連續(xù)降雨稍后。

31中國泥石流的分布中國泥石流的分布，明顯受地形、地質(zhì)和降水條件的控制。特別是在地形條件上表現(xiàn)得更為明顯。泥石流在中國集中分布在兩個帶上。一是青藏高原與次一級的高原與盆地之間的接觸帶；另一個是上述的高原、盆地與東部的低山丘陵或平原的過渡帶。32上述兩個帶中，泥石流又集中分布在一些大斷裂、深大斷裂發(fā)育的河流溝谷兩側(cè)。這是我國泥石流的密度最大、活動最頻繁、危害最嚴重的地帶。在各大型構(gòu)造帶中，具有高頻率的泥石流，又往往集中在板巖、片巖、片麻巖、混合花崗巖、千枚巖等變質(zhì)巖系及泥巖、頁巖、泥灰?guī)r、煤系等軟弱巖系和第四系堆積物分布區(qū)3334§3特征泥石流的特征取決于它的形成條件。對其特征的研究，有利于搞清泥石流的活動規(guī)律，進行預測、預報，并采取有效的防治措施。35一、泥石流的密度

泥石流中含有大量固體物質(zhì)，所以它的密度較大，達1.2-2.4t／m3。泥石流密度的大小，取決于水體和固體物質(zhì)含量的相對比例以及固體物質(zhì)中細顆粒成分的多少。溝谷縱坡降的大小也與泥石流密度有一定關(guān)系。因為溝谷縱坡降愈大，沖刷力愈強，可促使更多的固體物質(zhì)加入。泥石流有較大的密度，所以它的浮托力大，搬運能力很強36二、泥石流的結(jié)構(gòu)

泥石流體最主要的結(jié)構(gòu)，是由石塊、砂粒和泥漿體所共同組成的格架結(jié)構(gòu)。石塊在漿體中可有懸浮、支承和沉底三種狀態(tài)。并隨著石塊含量的增加和粒徑的變化，還可分為星懸型、支承型、疊置型和鑲嵌型等四種類型。它們的沖擊強度依次增加，尤其是鑲嵌型格架結(jié)構(gòu)，當運動時整體性強，石塊間不會發(fā)生猛烈的撞擊，普遍發(fā)生力的傳遞，所以它的沖擊力最大，危害最為嚴重。

（a）星懸型（b）支承型（c）疊置型（d）鑲嵌型格架結(jié)構(gòu)的四種類型38三、泥石流的流態(tài)

泥石流的流態(tài)主要受水體量與固體物質(zhì)的比值以及固體物質(zhì)的粒徑級配所制約泥石流體大多屬似賓漢體（泥漿體系賓漢體），所以流動理論多以賓漢體流變方程為基礎(chǔ)當泥石流體中固體物質(zhì)較少，且以粗大的砂礫為主時，則與牛頓體紊流流變方程類同

當粘性泥石流流速較小、流速梯度也較小、流體中的石塊移動和轉(zhuǎn)動緩慢時，其流態(tài)為蠕動流。蠕動流是一種似層流，流線大致平行

39四、泥石流的直進性

由于泥石流體攜帶了大量固體物質(zhì)，在流途上遇溝谷轉(zhuǎn)彎處或障礙物時，受阻而將部分物質(zhì)推積下來，使溝床迅速抬高，產(chǎn)生彎道超高或沖起爬高，猛烈沖擊而越過溝岸或摧毀障礙物，甚至截彎取直，沖出新道而向下游奔泄。這就是泥石流的直進性。一般的情況是，流體愈粘稠，直進性愈強，因此沖擊力也愈大

40五、泥石流的脈動性

由于泥石流具有賓漢體的性質(zhì)和運動的阻塞特性，故流動不均勻，往往形成陣流。這就是泥石流的脈動性。脈動性是泥石流運動過程區(qū)別于洪水流過程的又一特性。一般的洪流過程線是單峰型漲落曲線，泥石流過程線如圖所示為似正弦曲線，幾乎以相等的時間間隔一陣一陣地流動。有時一場泥石流出現(xiàn)幾十陣至上百陣，陣的前峰表現(xiàn)為高大的泥石流龍頭，高達幾米至幾十米，沖擊力極大。

流石流過程線

42§4分類一、按泥石流流域形態(tài)分類

1．標準型泥石流

2．河谷型泥石流

3．山坡型泥石流

431．標準型泥石流

典型的泥石流，流域呈扇形，流域面積較大，能明顯地劃分出形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。

示意圖返回44452．河谷型泥石流

流域呈狹長條形，其形成區(qū)多為河流上游的溝谷，固體物質(zhì)來源較分散，溝谷中有時常年有水，故水源較豐富，流通區(qū)與堆積區(qū)往往不能明顯分出

返回河谷型泥石流流域示意圖

4748溝谷泥石流溝

493．山坡型泥石流

流域呈斗狀，面積一般小于1km2，無明顯流通區(qū)，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連

返回山坡型泥石流流域示意圖

51坡面型泥石流示意圖52二、按泥石流物質(zhì)組成分類

1．水石流型泥石流

2．泥石流型泥石流

3．泥水流型泥石流

531．水石流型泥石流

一般含有非常不均勻的粗顆粒成分，粘土質(zhì)細粒物質(zhì)含量少，且它們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粗大的碎屑物質(zhì)。

返回542．泥石流型泥石流

既含有很不均勻的粗碎屑物質(zhì)，又含有相當多的粘土質(zhì)細粒物質(zhì)。因具有一定的粘結(jié)性，所以堆積物常形成連結(jié)較牢固的土石混合物。

返回553.泥水流型泥石流固體物質(zhì)基本上由細碎屑和粘土物質(zhì)組成。主要分布在我國黃土高原地區(qū)

返回56§5預測預報泥石流的預測預報是泥石流研究的重要內(nèi)容。只有掌握了泥石流暴發(fā)于何處、何時，對其規(guī)模進行評估，才可能減輕以至消除泥石流的危害國內(nèi)外預測包括：一.空間預測二.時間預報三.基本特征值預報四.暴發(fā)危險度判定57一.泥石流空間預測主要內(nèi)容：編制不同比例尺的泥石流分布圖1.小比例尺（1：100萬或更?。?.中比例尺（1：10萬-1：50萬）3.大比例尺（1：1萬-1：5萬）581.小比例尺判明省或全國的泥石流危險地區(qū)的概略分布狀況592.中比例尺研究泥石流形成的一般規(guī)律和形成條件，并估算出一個地區(qū)范圍內(nèi)的危險度。作建設(shè)規(guī)劃用603.大比例尺詳細評估某些山地、各地或城市市區(qū)及其附近的泥石流現(xiàn)象，以及某條大泥石流溝流域的特征。用以擬定泥石流防治措施和組建定位觀測的基本圖件。61二.泥石流時間預報泥石流形成的時間預報，實際上是泥石流可能暴發(fā)條件的定量表示。氣象水文地質(zhì)預報泥石流的暴發(fā)，是在一定地形、地質(zhì)條件下，由于強烈的地表徑流所致。因此有可能用臨界降水量或臨界徑流量指標來預報。62幾個概念暴雨：24小時內(nèi)降雨總量超過50mm的降雨災(zāi)害暴雨：突如其來的、稀遇的、強度大的、能造成災(zāi)害的猛烈降雨63災(zāi)害暴雨泥石流預報的主要氣象指標泥石流發(fā)生季節(jié)指標天氣尺度系統(tǒng)指標日暴雨量指標小時雨強指標流石流的發(fā)生與降雨強度（10分鐘雨量）關(guān)系更為密切。雨強大，發(fā)生泥石流的危險性就愈大。64三.泥石流基本特征值的確定泥石流基本特征值也稱泥石流運動參數(shù)，是定量預報泥石流、計算泥石流防治措施必不可少的數(shù)據(jù)。包括：1.泥石流密度的確定2.泥石流流速的確定3.泥石流流量的確定4.泥石流泥位的確定（與水位相似）5.泥石流方量的確定65四.泥石流暴發(fā)危險度的判定泥石流危險度也是預報泥石流規(guī)模和可能危害程度的一個指標。判定方法：（1）單因子判定法（2）多因子數(shù)量化綜合評判法66（1）單因子判定法以一次泥石流沖出物的最大方量來判定流域內(nèi)的泥石流危險度。泥石流危險度等級危險度一次泥石流沖出物最大方量(m3)

小<=104

中等104-105

大105-106

特大>106

67（2）多因子數(shù)量化綜合評判法步驟：1.根據(jù)各種判別因素，判別是否為泥石流溝2.依據(jù)所判定的判別因素的量級，判定其在一定的暴雨激發(fā)下泥石流活動的嚴重程度。根據(jù)危險度值的大小，評判某條泥石流溝暴發(fā)泥石流的嚴重程度。68§6泥石流的防治措施

防治原則：突出重點因害設(shè)防因地制宜講求實效防治措施：生物措施工程措施69遭遇大雨要迅速轉(zhuǎn)移到高地

70特別提示?。?！發(fā)現(xiàn)泥石流后，要馬上與泥石流成垂直方向向兩邊的山坡上面爬，爬得越高越好，跑得越快越好，絕對不能往泥石流的下游走。71一.生物措施措施：恢復或培育植被合理耕收維持較優(yōu)化的生態(tài)平衡作用：使流域坡面得到保護，免遭沖刷，以控制泥石流的發(fā)生72二.工程措施1.蓄水、引水工程2.支擋工程3.攔擋工程4.排導工程5.儲淤工程73防治泥石流需