泥石流工程地质问题课件

1、基本要求：基本要求： 掌握泥石流的基本概念、形成条掌握泥石流的基本概念、形成条 件、分类和基本特征以及泥石流的预件、分类和基本特征以及泥石流的预 测预报方法。测预报方法。了解我国泥石流分布和了解我国泥石流分布和 活动特点及泥石流的防治措施。活动特点及泥石流的防治措施。 0泥石流工程地质问题 课程内容：课程内容： 9.1基本概念及研究意义基本概念及研究意义 9.2泥石流的形成条件泥石流的形成条件 9.3泥石流分类泥石流分类 9.4泥石流特征泥石流特征 9.5泥石流预测预报泥石流预测预报 9.6泥石流防治泥石流防治 v9.1基本概念及研究意义 基本概念及研究意义 v1.基本概念 基本概念 泥石流泥

2、石流（debris mud-rock flow）是山区汛期常见的一种严重是山区汛期常见的一种严重 的水土流失（泥沙失稳搬运）现象。它是泥沙在水动力作用下失稳的水土流失（泥沙失稳搬运）现象。它是泥沙在水动力作用下失稳 后后,集中输移的自然演变过程之一集中输移的自然演变过程之一,具有严重的灾害性具有严重的灾害性.某些山区河流某些山区河流 在汛期中由于暴雨或其它水动力如溃坝、冰川、融雪等作用于流域在汛期中由于暴雨或其它水动力如溃坝、冰川、融雪等作用于流域 内不稳定的地表松散土体上，由于松散土体失稳参与洪流运动，因内不稳定的地表松散土体上，由于松散土体失稳参与洪流运动，因 此在流域内形成两种汇流现象，

3、一是水的汇流；二是沙的汇流。两此在流域内形成两种汇流现象，一是水的汇流；二是沙的汇流。两 种不同相的物质在共同的流动空间内混合而形成一种特殊的水、沙种不同相的物质在共同的流动空间内混合而形成一种特殊的水、沙 混合输移现象。当这种特殊的流体中含沙量超过某一限值后，因其混合输移现象。当这种特殊的流体中含沙量超过某一限值后，因其 流动特性的变化而形成的一种特殊洪流流动特性的变化而形成的一种特殊洪流,它对工程设计及环境的影它对工程设计及环境的影 响与洪水、滑坡不同而称为泥石流。响与洪水、滑坡不同而称为泥石流。 在一些植被较好的陡坡面在一些植被较好的陡坡面,下伏基岩或不透水层埋藏较浅、前下伏基岩或不透水

4、层埋藏较浅、前 期降水充分，上覆松散土体饱水后，由于土体中期降水充分，上覆松散土体饱水后，由于土体中C、 值降低和有值降低和有 压地下水底作用，也可能形成坡面泥石流。压地下水底作用，也可能形成坡面泥石流。 v简单地说， 简单地说， v泥石流是指发生在山区小型流域中、短暂的、饱含泥沙 泥石流是指发生在山区小型流域中、短暂的、饱含泥沙 的特殊洪流，是水土流失发展到严重阶段的表现。流体的特殊洪流，是水土流失发展到严重阶段的表现。流体 重度一般大于重度一般大于14kN/m3，含沙量大于，含沙量大于600kg/m3。 v2. 研究意义 研究意义 v(1).泥石流是一种地质灾害，具有强大的破坏力，可在很短

5、的时间 泥石流是一种地质灾害，具有强大的破坏力，可在很短的时间 内摧毁设施、夺取人类的生命财产，研究它具有重要的社会意义；内摧毁设施、夺取人类的生命财产，研究它具有重要的社会意义； v(2). 泥石流是一种特殊洪流泥石流是一种特殊洪流,它对工程设计及环境的影响与洪水、它对工程设计及环境的影响与洪水、 滑坡不同，它的特点是：爆发突然、能量巨大、来势凶猛、历时短滑坡不同，它的特点是：爆发突然、能量巨大、来势凶猛、历时短 暂、复发频繁、破坏力强大。易防难治，研究它可指导人类的工程暂、复发频繁、破坏力强大。易防难治，研究它可指导人类的工程 实践，具有巨大的建设意义；实践，具有巨大的建设意义； v(3)

6、.既然泥石流是重大的地质灾害，危害大，损失严重，有效的防 既然泥石流是重大的地质灾害，危害大，损失严重，有效的防 治，具有可观的经济意义。治，具有可观的经济意义。 课程内容：课程内容： 9.1基本概念及研究意义基本概念及研究意义 9.2泥石流的形成条件泥石流的形成条件 9.3泥石流分类泥石流分类 9.4泥石流特征泥石流特征 9.5泥石流预测预报泥石流预测预报 9.6泥石流防治泥石流防治 v9.2泥石流的形成条件 泥石流的形成条件 v必须具备三大条件：地形条件、地质条件和气 必须具备三大条件：地形条件、地质条件和气 象水文条件。象水文条件。 v1.地形条件：主要指沟谷条件 地形条件：主要指沟谷条

7、件 v2.地质条件：主要决定了松散固体物质来源 地质条件：主要决定了松散固体物质来源 v3.气象水文条件：水动力条件 气象水文条件：水动力条件 这可以从泥石流的形成、活动过程加以理解。这可以从泥石流的形成、活动过程加以理解。 降雨降雨 流域环境流域环境 地形地形植被植被 松散堆积物松散堆积物 （人为的、自然的）（人为的、自然的） 集中补给集中补给分散补给分散补给 泥沙汇流（泥沙汇流（QH）洪水汇流（洪水汇流（QB） 河沟或坡面河沟或坡面 QBQHQC rc1.3t/m3 洪洪 水水 rc1.3t/m3 泥石流泥石流 块体运动块体运动 崩 塌 滑坡 洪水淘蚀 u泥石流活动三过程：泥石流活动三过程

8、： 形成形成输移输移堆积堆积 是地表一次破坏和塑造过程是地表一次破坏和塑造过程 u平面呈一不对称的哑铃，形成区平面呈一不对称的哑铃，形成区 和堆积区的形态极不稳定。和堆积区的形态极不稳定。 u形成区形成区由条带状向树枝状发展。由条带状向树枝状发展。 u流通区流通区在发展过程中相对稳定。在发展过程中相对稳定。 u堆积区堆积区由于流域内来沙量的增长由于流域内来沙量的增长 而不断扩展，进逼下游大河变形。而不断扩展，进逼下游大河变形。 课程内容：课程内容： 9.1基本概念及研究意义基本概念及研究意义 9.2泥石流的形成条件泥石流的形成条件 9.3泥石流分类泥石流分类 9.4泥石流特征泥石流特征 9.5

9、泥石流预测预报泥石流预测预报 9.6泥石流防治泥石流防治 v按流域形态分类 按流域形态分类 v1.标准型泥石流 标准型泥石流 流域呈扇形，面积较大（十几流域呈扇形，面积较大（十几几十平方公里），能明显划分几十平方公里），能明显划分 出形成区、流通区和堆积区（图出形成区、流通区和堆积区（图9-1，JCP200）；）； v2.河谷型泥石流 河谷型泥石流 流域狭长条型，形成区多为河流上游的沟谷，固体物质来源于流域狭长条型，形成区多为河流上游的沟谷，固体物质来源于 沟谷中分散的坍塌体，沟谷中一般常年有水，水源较丰富，流通沟谷中分散的坍塌体，沟谷中一般常年有水，水源较丰富，流通 区和堆积区往往不能明显分

10、开，在流通区内既有冲刷，又有堆积区和堆积区往往不能明显分开，在流通区内既有冲刷，又有堆积 （图（图9-4，JCP205）；）； v3.山坡型泥石流 山坡型泥石流 流域呈斗状，面积较小（一般小于流域呈斗状，面积较小（一般小于1平方公里），无明显流通平方公里），无明显流通 区，形成区与堆积区直接相连（图区，形成区与堆积区直接相连（图9-5，JCP205）；）； |山坡型山坡型 |山坡型山坡型 泥泥 流流 型型 rc1.6t/m3 。泥沙粒径主要由均匀的粉泥沙粒径主要由均匀的粉 粒级以下物质组成，多为非牛顿体。多集粒级以下物质组成，多为非牛顿体。多集 中分布在黄土及火山灰地区。中分布在黄土及火山灰地

11、区。 水水 石石 型型 rc1.3t/m3 。粉粒及粘粒含量极少，以粉粒及粘粒含量极少，以 沙、块石为主，为牛顿体，多见于花岗岩沙、块石为主，为牛顿体，多见于花岗岩 地区。地区。 泥泥 石石 型型 rc1.3t/m3。介于上述二种类型之间多为介于上述二种类型之间多为 牛顿体，少部分也可以是非牛顿体。广见牛顿体，少部分也可以是非牛顿体。广见 于各类地质体地区及堆积体中。于各类地质体地区及堆积体中。 v按泥石流的物质组成分类 按泥石流的物质组成分类 泥流型泥流型 水石型水石型 泥泥石石型型 粘粘 性性 含大量细粒粘土物质，固体物质含量占含大量细粒粘土物质，固体物质含量占 40%60%，最高可达，最

12、高可达80%，粘性很大，重，粘性很大，重 度大，度大，rc1.6t/m3 。 稀稀 性性 细粒物质少，固体物质含量占细粒物质少，固体物质含量占1040%， 水量大，不能形成粘稠整体，重度小，水量大，不能形成粘稠整体，重度小，rc 25时，严重；当时，严重；当20N24时，中等；当时，中等；当 N30 20 29 10 19 350m 200249m 100199m 99m 分数分数沟槽堵塞情况沟槽堵塞情况D分数分数相对高差相对高差A 分项计分标准表分项计分标准表 表表4 第六感觉器官法第六感觉器官法 上述两种方法单项评分基本是客观的，不会因人上述两种方法单项评分基本是客观的，不会因人 而有较大

13、差异。可是又有人为，人的主观判别，特别是而有较大差异。可是又有人为，人的主观判别，特别是 经验丰富的专家的判别是十分重要的，因此提出在上述经验丰富的专家的判别是十分重要的，因此提出在上述 两种客观判别的基础上加上主观判别，两种客观判别的基础上加上主观判别，命名为第六感觉命名为第六感觉 器官法。器官法。 我国国内对此也做了大量的工作。例如铁道部科我国国内对此也做了大量的工作。例如铁道部科 学研究院西南研究所在系统地研究了泥石流形成和运动学研究院西南研究所在系统地研究了泥石流形成和运动 环境特点，通过专家调查和统计分析，选择了泥石流沟环境特点，通过专家调查和统计分析，选择了泥石流沟 的十五项因素作

14、为基本因素并进行数据采集，尽量做到的十五项因素作为基本因素并进行数据采集，尽量做到 定量化。在建立评判标准过程中，采用数量化法则和模定量化。在建立评判标准过程中，采用数量化法则和模 糊综合评判方法，实现了电子计算机对泥石流沟严重程糊综合评判方法，实现了电子计算机对泥石流沟严重程 度的评判。这较上述日本方法又前进了一步。度的评判。这较上述日本方法又前进了一步。 v一、泥石流时间预报 一、泥石流时间预报 长期预报：长期预报：主要参照气象部门的中长期预报，主要参照气象部门的中长期预报， 年内天气形势图。年内天气形势图。 短期预报：短期预报：主要根据气象部门的短期预报，卫主要根据气象部门的短期预报，卫

15、 星云图分析、天气形势预报及测雨雷达。预警部门要与星云图分析、天气形势预报及测雨雷达。预警部门要与 气象部门签定合同，由气象部门提供资料。在有条件时，气象部门签定合同，由气象部门提供资料。在有条件时， 对重要的泥石流沟，可考虑安装气象雷达，卫星云图接对重要的泥石流沟，可考虑安装气象雷达，卫星云图接 收器等设备。收器等设备。 实时预报：实时预报：实时预报由预警站负责观测并作出实时预报由预警站负责观测并作出 报告。报告。 实时预报方法有两种：实时预报方法有两种：分析法和传感法。分析法和传感法。 分析法：分析法：分析法就是根据原观测资料，来确定暴发泥石分析法就是根据原观测资料，来确定暴发泥石 流的临

16、界雨量。具体做法是：画一个直角坐标图，纵座标为降雨流的临界雨量。具体做法是：画一个直角坐标图，纵座标为降雨 强度，横座标是降雨总量，将沟道中每次观测到的降雨都点绘在强度，横座标是降雨总量，将沟道中每次观测到的降雨都点绘在 图上，分暴发泥石流和没有暴发泥石流两类，之后可以画出一个图上，分暴发泥石流和没有暴发泥石流两类，之后可以画出一个 临界线，只要降雨情况达到该范围，立即报警。临界线，只要降雨情况达到该范围，立即报警。 一般的方法是将这条临界线参数直接安装在雨量计的计算一般的方法是将这条临界线参数直接安装在雨量计的计算 机中，这样可直接报警。这种方法虽然简单，但首先沟道中要有机中，这样可直接报警

17、。这种方法虽然简单，但首先沟道中要有 较多的观测资料，流域面积也不能过大。同时它仅判别发生和不较多的观测资料，流域面积也不能过大。同时它仅判别发生和不 发生的界限，因此并不适合多发性泥石流地区。发生的界限，因此并不适合多发性泥石流地区。 进一步的分析法，是根据遥测雨量计发来的降雨信息直接进一步的分析法，是根据遥测雨量计发来的降雨信息直接 被计算机接收，在计算机中预先已设定好泥石流流量计算程序。被计算机接收，在计算机中预先已设定好泥石流流量计算程序。 当计算机算到警戒流量时，即预报警。当计算机算到警戒流量时，即预报警。 分析法可以较早的预知到泥石流情况，但相对可靠度低。分析法可以较早的预知到泥石

18、流情况，但相对可靠度低。 传感法传感法 传感法是传感法是将泥石流传感器安装在沟谷上将泥石流传感器安装在沟谷上 游的适当地点。游的适当地点。当泥石流发生后，传感器接收到信息后，当泥石流发生后，传感器接收到信息后， 进行报警。目前常用的传感器有：地震传感器，地声传进行报警。目前常用的传感器有：地震传感器，地声传 感器，超声泥位计，泥位高度检知线等。感器，超声泥位计，泥位高度检知线等。 泥位高度检知线是在检测断面处，垂直泥石流流泥位高度检知线是在检测断面处，垂直泥石流流 向，距河底一定高度拉一根塑料电线，在该线上通过微向，距河底一定高度拉一根塑料电线，在该线上通过微 弱电流，当泥石流到达这个位置时，

19、将电线冲断，继电弱电流，当泥石流到达这个位置时，将电线冲断，继电 器开始动作，而发出报警。器开始动作，而发出报警。 传感法比较可靠，也无须很多观测资料，但报警传感法比较可靠，也无须很多观测资料，但报警 的提前量较小。为提高报警的可靠性，避免误报，常采的提前量较小。为提高报警的可靠性，避免误报，常采 用复合式报警器。现在常用各种感知器及优缺点见表用复合式报警器。现在常用各种感知器及优缺点见表5。 传感器优缺点对比表传感器优缺点对比表 表表5 序号序号传感器形式传感器形式国家、单位国家、单位优优 点点缺缺 点点 1 多个地震多个地震 传传 感感 器器 前苏联前苏联 泥石流时不破坏，可多次使用；泥石

20、流时不破坏，可多次使用； 可排除非泥石流干扰；可排除非泥石流干扰； 埋设施工量不大。埋设施工量不大。 只适于高频次泥石流沟；只适于高频次泥石流沟； 逻辑判别电路较复杂。逻辑判别电路较复杂。 2 地地 声声 传感器传感器 中国中国 (山地所蒋山地所蒋 家沟家沟) 泥石流时不破坏可多次使用；泥石流时不破坏可多次使用； 高频次泥石流沟可获得泥石流的高频次泥石流沟可获得泥石流的 全过程规模信号，并容易得知规模全过程规模信号，并容易得知规模 与流量的时程变化关系。与流量的时程变化关系。 适于高频次泥石流沟，否则难获得信适于高频次泥石流沟，否则难获得信 号幅频与规模的关系；号幅频与规模的关系； 地震及其他

21、非泥石流干扰噪声大时，地震及其他非泥石流干扰噪声大时， 易产生误报。易产生误报。 3 泥位高度泥位高度 检检 知知 线线 日本、前苏日本、前苏 联、中国联、中国 (成都铁路成都铁路 科研所科研所) 简单，对基岩情况可不做坝；简单，对基岩情况可不做坝； 人畜通过无干扰；人畜通过无干扰； 高度可调节（但不太方便）；高度可调节（但不太方便）； 直观、偏流时不产生漏报可能。直观、偏流时不产生漏报可能。 大规模泥石流通过时易破坏，需重新大规模泥石流通过时易破坏，需重新 拉线；拉线； 只对灾害泥石流报警；只对灾害泥石流报警； 人畜易破坏，易引起误报警。人畜易破坏，易引起误报警。 4 超声泥超声泥 (水水)

22、位计位计 中国中国 (山地所蒋山地所蒋 家沟家沟) 报警设定值容易改变；报警设定值容易改变； 泥石流通过不破坏。泥石流通过不破坏。 功耗大，需温度补偿；功耗大，需温度补偿； 人畜通过易造成误报警；人畜通过易造成误报警； 为克服偏流引起的漏报，需设多个。为克服偏流引起的漏报，需设多个。 5 泥位高度检知线与拾泥位高度检知线与拾 震器（或拾震触发器）震器（或拾震触发器） 构成复合组合传感器构成复合组合传感器 中国中国 (铁科院铁铁科院铁 建所建所) 具有只采用拾震传感器和只采用具有只采用拾震传感器和只采用 龙高检知线的两者优点；龙高检知线的两者优点； 对灾害泥石流真伪可自行判别。对灾害泥石流真伪可

23、自行判别。 其中检知部分当灾害泥石流通过后重其中检知部分当灾害泥石流通过后重 新拉线。新拉线。 6 多级水位传感器与泥多级水位传感器与泥 位检测网并用的复合位检测网并用的复合 传感器传感器 中国中国 (铁科院铁铁科院铁 建所建所) 可用于流通区和桥下均可；可用于流通区和桥下均可； 设备简单、维修方便；设备简单、维修方便； 安装投资少，省时间；安装投资少，省时间； 检知网修复容易，多级水位，检检知网修复容易，多级水位，检 知网可发出警戒与慢行停车多级信知网可发出警戒与慢行停车多级信 号；号； 对泥石流灾害，信息可以自行判对泥石流灾害，信息可以自行判 别，减少误报几率。别，减少误报几率。 在桥下使

24、用时。只有稀性泥石流时在桥下使用时。只有稀性泥石流时 才能利用多级水位发出提前报警信号；才能利用多级水位发出提前报警信号； 在流通区使用时，水位电极之间需在流通区使用时，水位电极之间需 采取干燥保护措施。采取干燥保护措施。 课程内容：课程内容： 9.1基本概念及研究意义基本概念及研究意义 9.2泥石流的形成条件泥石流的形成条件 9.3泥石流分类泥石流分类 9.4泥石流特征泥石流特征 9.5泥石流预测预报泥石流预测预报 9.6泥石流防治泥石流防治 1.生物措施生物措施 采用植物造林，种植草皮及合理耕种等方法，使采用植物造林，种植草皮及合理耕种等方法，使 流域内形成一种多结构的地面保护层，以拦截降

25、水，增流域内形成一种多结构的地面保护层，以拦截降水，增 加入渗及汇水阻力，保护表土免受侵蚀。当植物群落形加入渗及汇水阻力，保护表土免受侵蚀。当植物群落形 成后，不仅能防治泥石流，而且改变了水分和大气循环，成后，不仅能防治泥石流，而且改变了水分和大气循环， 对当地农业、林业都有好处。对当地农业、林业都有好处。 2.工程措施工程措施 工程措施的主要类型有：工程措施的主要类型有： 防治泥石流发生的措防治泥石流发生的措 施；施； 拦截泥石流措施；拦截泥石流措施； 泥石流排导措施；储淤工泥石流排导措施；储淤工 程。程。 3.综合治理综合治理 在泥石流防治中，最好采用生物防治和工程措施在泥石流防治中，最好

26、采用生物防治和工程措施 相结合的办法。这样既可以做到当年见效，又可在较短相结合的办法。这样既可以做到当年见效，又可在较短 时间内防止泥石流的发生，这种方法称为综合治理。时间内防止泥石流的发生，这种方法称为综合治理。 防治泥石流发生的措施防治泥石流发生的措施 蓄水、引水工程：蓄水、引水工程：包括调洪水库、截水沟和引水包括调洪水库、截水沟和引水 渠等。工程建于形成区内，其作用是拦截部分或大部分渠等。工程建于形成区内，其作用是拦截部分或大部分 洪水、削减洪峰，以控制爆发泥石流的水动力条件。同洪水、削减洪峰，以控制爆发泥石流的水动力条件。同 时还可灌溉农田、发电或供生活用水等。大型引水渠应时还可灌溉农

27、田、发电或供生活用水等。大型引水渠应 修建稳固而矮小的截流坝作为渠首，避免经过崩塌地段修建稳固而矮小的截流坝作为渠首，避免经过崩塌地段 而应在他的后缘外侧通过，并防渗漏、溃决和失排。而应在他的后缘外侧通过，并防渗漏、溃决和失排。 支挡工程：支挡工程：主要有挡土墙、护坡等。在形成区内主要有挡土墙、护坡等。在形成区内 崩塌、滑坡严重地段，可在坡脚处修建挡墙和护坡，以崩塌、滑坡严重地段，可在坡脚处修建挡墙和护坡，以 稳定斜坡。此外，当流域内某地段因山体不稳，树木难稳定斜坡。此外，当流域内某地段因山体不稳，树木难 以以“定居定居”时，应先辅以建筑物稳定山体，生物措施才时，应先辅以建筑物稳定山体，生物措

28、施才 能奏效。能奏效。 拦截泥石流措施拦截泥石流措施 主要为拦挡坝。主要为拦挡坝。 拦挡坝基本有两种类型：一种是高坝，它有比较大的库容，拦挡坝基本有两种类型：一种是高坝，它有比较大的库容， 能保证发生最大泥石流时全部拦蓄。当坝体逐渐淤满时，予以清能保证发生最大泥石流时全部拦蓄。当坝体逐渐淤满时，予以清 除或将坝体加高。此种坝体按水库设计，修建有溢洪道。水利部除或将坝体加高。此种坝体按水库设计，修建有溢洪道。水利部 门在黄土地区修建较多，称为拦泥库。另一种为低坝，也叫砂坊、门在黄土地区修建较多，称为拦泥库。另一种为低坝，也叫砂坊、 谷坊或埝。这种坝体常成群布设。坝体高度较小，泥石流直接从谷坊或埝

29、。这种坝体常成群布设。坝体高度较小，泥石流直接从 坝面流过。它的作用主要有以下几方面：坝面流过。它的作用主要有以下几方面： 拦截泥砂。挡截泥砂的数量往往决定于坝的高度，由于拦截泥砂。挡截泥砂的数量往往决定于坝的高度，由于 一般坝高较小，因而拦截的数量不多。一般坝高较小，因而拦截的数量不多。 控制或提高沟底侵蚀基准面，防止沟道下切，从而稳固控制或提高沟底侵蚀基准面，防止沟道下切，从而稳固 了两岸的坍塌及减少滑坡移动，减少泥石流泥砂来源。了两岸的坍塌及减少滑坡移动，减少泥石流泥砂来源。 改变了沟床坡度、宽度，从而改变了流动条件，使流向改变了沟床坡度、宽度，从而改变了流动条件，使流向 稳定，减轻泥石流的侧向侵蚀。稳定，减轻泥石流的侧向侵蚀。 调节泥砂。切口坝在流量大时有拦蓄作用，而流量小时调节泥砂。切口坝在流量大时有拦蓄作用，而流量小时 直接通过，格栅坝有拦蓄大石块而将其泥砂排出，也起到调节泥直接通过，格栅坝有拦蓄大石块而将其泥砂排出，也起到调节泥 砂的作用。砂的作用。 拦挡坝的高度和间距拦挡坝的高度和间距 泥石流沟谷中坝体下游冲刷剧烈，除修建在基岩上的拦坝外，泥石流沟谷中坝体下游冲刷剧烈，除修建在基岩上的拦坝外， 在堆积物上的孤立坝体很易冲跨，因而拦挡坝一般都成群建筑，在堆积物上的孤立坝体很易冲跨，因而拦挡坝一般都成