泥石流防治工程设计

1、 泥石流灾害防治泥石流灾害防治中国科学院成都山地灾害与环境研究所中国科学院成都山地灾害与环境研究所 内 容 泥石流的定义与工程分类泥石流的定义与工程分类 泥石流防治工程设计标准泥石流防治工程设计标准 泥石流的设计参数计算泥石流的设计参数计算 泥石流防治方案泥石流防治方案 泥石流防治措施泥石流防治措施 泥石流防治工程设计泥石流防治工程设计 泥石流防治工程实例泥石流防治工程实例泥石流：泥石流： 泥石流是一种自然现象，它是地壳隆起后泥石流是一种自然现象，它是地壳隆起后再夷平过程必然出现的重力侵蚀现象。因此，再夷平过程必然出现的重力侵蚀现象。因此，泥石流的发生是必然的，可以说它是山地环泥石流的发生是必

2、然的，可以说它是山地环境的一部分。境的一部分。泥石流灾害：泥石流灾害： 由泥石流造成的灾害，包括人员伤亡、财由泥石流造成的灾害，包括人员伤亡、财产损失、生态环境和资源破坏，称为泥石流产损失、生态环境和资源破坏，称为泥石流灾害。灾害。泥石流的定义与工程分类泥石流的定义与工程分类 泥石流是松散土体和水的混合体泥石流是松散土体和水的混合体在重力作用下沿坡面流动的现象。在重力作用下沿坡面流动的现象。泥石流的定义：泥石流的定义：泥石流的形成条件：泥石流的形成条件：地形条件地形条件 陡峻的地形陡峻的地形固体物质固体物质 条件条件 丰富的松散固体物质丰富的松散固体物质 水源条件水源条件 充沛的水源充沛的水源

3、高频率泥石流沟谷高频率泥石流沟谷 基本上每年均有泥石流发生。固体物质主要来源于沟谷的滑坡、崩基本上每年均有泥石流发生。固体物质主要来源于沟谷的滑坡、崩塌。泥石流爆发雨强小于塌。泥石流爆发雨强小于24mm/10min。除岩性因素外，滑坡、崩塌严。除岩性因素外，滑坡、崩塌严重的沟谷多发生粘性泥石流，规模大；反之，多发生稀性泥石流，规模重的沟谷多发生粘性泥石流，规模大；反之，多发生稀性泥石流，规模小。多位于强烈抬升区；岩层破碎，风化强烈，山体稳定性差，滑坡、小。多位于强烈抬升区；岩层破碎，风化强烈，山体稳定性差，滑坡、崩塌发育、植被差。沟床和扇形地上泥石流堆积新鲜，无植被或仅有稀崩塌发育、植被差。沟

4、床和扇形地上泥石流堆积新鲜，无植被或仅有稀疏草丛。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度大于疏草丛。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度大于4%。低频率泥石流沟谷低频率泥石流沟谷 泥石流爆发周期一般在泥石流爆发周期一般在10年以上。固体物质主要来于沟床，泥石流年以上。固体物质主要来于沟床，泥石流发生时发生时“揭床揭床”现象明显。暴雨时坡面产生的浅层滑坡往往是激发泥石现象明显。暴雨时坡面产生的浅层滑坡往往是激发泥石流形成的重要因素。泥石流爆发雨强，一般大于流形成的重要因素。泥石流爆发雨强，一般大于4mm/10min。泥石流规。泥石流规模一般较大，性质有粘有稀。分布于各地构造区的山地。山体稳定性相模一般较大，性质有

5、粘有稀。分布于各地构造区的山地。山体稳定性相对较好，无大型活动性滑坡、崩塌。中、下游沟谷往往切于老台地和扇对较好，无大型活动性滑坡、崩塌。中、下游沟谷往往切于老台地和扇形地内，沟床和扇形地上巨砾遍布。植被较好，常常是形地内，沟床和扇形地上巨砾遍布。植被较好，常常是“山青水秀山青水秀”，沟床内灌木丛密布，扇形地多已辟为农田。粘性泥石流沟中、下游沟床沟床内灌木丛密布，扇形地多已辟为农田。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度小于坡度小于4%。泥石流工程分类：泥石流工程分类：城市等别城市等别防洪标准（重现期：年）防洪标准（重现期：年）河（江）洪、河（江）洪、海潮海潮山山 洪洪泥石流泥石流特别重要城市特别重要城

6、市 2002001001005050100100重要城市重要城市200200100100505020201001005050中等城市中等城市10010050502020101050502020小城市小城市5050202010105 52020 我国城镇防洪和防治泥石流按我国城镇防洪和防治泥石流按城市防洪工程设城市防洪工程设计规范计规范CJJ50-92的防洪标准采用。的防洪标准采用。泥石流防治工程设计标准泥石流防治工程设计标准 重要重要 一般一般 设计标准设计标准 P=2% P=2% P=5% 校核标准校核标准 P=1% P=1% P=2%泥石流的设计参数与计算泥石流的设计参数与计算 泥石流流速

7、泥石流流速 泥石流流量泥石流流量 泥石流径流量泥石流径流量 泥石流输沙量泥石流输沙量 泥石流密度泥石流密度 泥石流冲击力泥石流冲击力 泥石流流速计算泥石流流速计算 一般将泥石流分为稀性泥一般将泥石流分为稀性泥石流和粘性泥石流，采用不石流和粘性泥石流，采用不同的公式计算。同的公式计算。稀性泥石流流速计算稀性泥石流流速计算计算公式：计算公式： V Vc c = M = Mc c R R2/3 2/3 i i1/2 1/2 / /（1+1+c c c c）1/21/2 其中：其中： V Vc c 泥石流流速，泥石流流速，m m3 3/s/s； I I 泥石流沟床纵坡，泥石流沟床纵坡，% %； c c

8、 泥石流流速系数，泥石流流速系数， c c = = （ c c - - w w）/ / （ s s c c）；）； Mc Mc 泥石流沟道糙率系数；泥石流沟道糙率系数； R R2/3 2/3 泥石流水力半径，泥石流水力半径，m m； c c 泥石流密度。泥石流密度。粘性泥石流流速计算粘性泥石流流速计算计算公式：计算公式： V Vc c = K H = K Hc c2/3 2/3 I I 1/21/2 其中：其中： K K 粘性泥石流流速系数；粘性泥石流流速系数； H Hc c 泥石流流深，泥石流流深，m m； I I 泥石流泥面纵坡，泥石流泥面纵坡，% %。泥石流流量计算泥石流流量计算形态调查

9、法形态调查法 配方法配方法 根据野外调查根据野外调查泥石流的痕迹，泥石流的痕迹，测量泥位高和过测量泥位高和过流断面面积，计流断面面积，计算平均流速和流算平均流速和流量，再根据其发量，再根据其发生时间确定经验生时间确定经验频率。频率。形态调查法形态调查法 山洪流量计算山洪流量计算 根据根据中小流域暴雨洪水计算手册中小流域暴雨洪水计算手册提供的暴雨资料，提供的暴雨资料，计算设计暴雨并推求山洪设计洪峰流量。计算设计暴雨并推求山洪设计洪峰流量。 Q=0.278(s/n)F Q 设计洪峰流量（设计洪峰流量（m3/s）；）； 洪峰径流系数；洪峰径流系数； 汇流时间（汇流时间（h）；）； n 暴雨衰减指数；

10、暴雨衰减指数； s 暴雨雨力（暴雨雨力（mm/h）；）； F 流域面积（流域面积（km2）。）。配方法配方法 （清水配方法）（清水配方法）泥石流设计流量泥石流设计流量 假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，采用配方法将暴雨假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，采用配方法将暴雨洪水流量全部换算为泥石流流量，计算公式如下：洪水流量全部换算为泥石流流量，计算公式如下： Qc=Q（1+）D （2）式中：式中：Qc设计泥石流峰值流量（设计泥石流峰值流量（m3/s）；）； 泥石流修正系数，泥石流修正系数，=（rc-rw）/（rs-rc）；）； rc泥石流容重（泥石流容重（t/m3）；）； rw水容重（水容重（t/m3

11、）；）； rs泥沙比重（泥沙比重（t/m3）；）； D泥石流堵塞系数。泥石流堵塞系数。 单位泥石流体积所具有的重量称为泥石流体的容重，泥石流单位泥石流体积所具有的重量称为泥石流体的容重，泥石流容重可以采用实测法，或根据野外调查情况，查有关资料来确容重可以采用实测法，或根据野外调查情况，查有关资料来确定。定。 根据泥石流体取样容重的测定根据泥石流体取样容重的测定在泥石流暴发时采集泥石流样品，将所取得的样品称重，量其在泥石流暴发时采集泥石流样品，将所取得的样品称重，量其体积，体积， c c = = W Wc/c/V Vc c 式中：式中： c c为泥石流容重（为泥石流容重（t/m3t/m3）；）；

12、WcWc为泥石流的重量（为泥石流的重量（t t）；）；VcVc为泥石流的体积（为泥石流的体积（m3m3）。）。 一般每个样品体积不应小于一般每个样品体积不应小于0.005m3,0.005m3,或重量不少于或重量不少于10kg10kg。受取样容器的限制，该方法获取的样品仅为泥石流体中颗粒较受取样容器的限制，该方法获取的样品仅为泥石流体中颗粒较细的部分。由于北京山区泥石流沟暴发频率低，能现场取样的细的部分。由于北京山区泥石流沟暴发频率低，能现场取样的机会极少，泥石流容重很少采用实测的方法确定。机会极少，泥石流容重很少采用实测的方法确定。 根据野外调查资料确定容重根据野外调查资料确定容重 泥石流流量

13、形态调查法采用下式进行计算，泥石流流量形态调查法采用下式进行计算， QcQc= = A Ac c V Vc c 式中，式中，Qc Qc 为泥石流流量（为泥石流流量（m3/sm3/s）；）；A Ac c 为调查断面为调查断面的泥石流过流面积（的泥石流过流面积（m2m2）；）；V Vc c为泥石流流速（为泥石流流速（m/sm/s）。）。 形态调查断面应选择在沟道顺直、断面变化不大、形态调查断面应选择在沟道顺直、断面变化不大、无堵塞、无汇流、无回流、泥痕比较清晰的河段。最好无堵塞、无汇流、无回流、泥痕比较清晰的河段。最好调查两处以上的泥痕，根据泥位在纵断面上的连续性来调查两处以上的泥痕，根据泥位在纵

14、断面上的连续性来判断调查泥位的可靠性，并据此计算泥石流的平均泥深、判断调查泥位的可靠性，并据此计算泥石流的平均泥深、过流断面面积和水力坡度。再根据前述的方法计算泥石过流断面面积和水力坡度。再根据前述的方法计算泥石流的流速，最后按式（流的流速，最后按式（10-710-7）计算泥石流的流量。）计算泥石流的流量。泥石流径流量泥石流径流量 根据泥石流历时和最大洪峰流量，按照泥石流暴涨暴根据泥石流历时和最大洪峰流量，按照泥石流暴涨暴落的特点，将其过程概化为三角形，通过计算断面的一次落的特点，将其过程概化为三角形，通过计算断面的一次泥石流径流量按下式计算泥石流径流量按下式计算: : Vc Vc=19 T

15、Qc / 72 =19 T Qc / 72 式中：式中：VcVc泥石流径流量（泥石流径流量（m3m3）；）； QcQc设计泥石流峰值流量（设计泥石流峰值流量（m3/sm3/s）；）； TT泥石流历时（泥石流历时（s s）。）。一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算：一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算： Vs = Cv Vc = VcVs = Cv Vc = Vc（rc-rwrc-rw）/ /（rs-rwrs-rw） 式中：式中：VsVs通过计算断面固体物质实体总量（通过计算断面固体物质实体总量（m3m3）；）； VcVc泥石流径流量（泥石流径流量（m3m3）；）； rcrc泥石流容重（泥石

16、流容重（t/m3t/m3）；）； rwrw水容重（水容重（t/m3t/m3）；）； rsrs泥沙比重（泥沙比重（t/m3t/m3）。泥石流输送固体物质量计算泥石流输送固体物质量计算基本思想：基本思想： 按照泥石流活动的自然规律调整人类的按照泥石流活动的自然规律调整人类的行为，根据泥石流发生、发展、成灾的规行为，根据泥石流发生、发展、成灾的规律，采取必要的工程手段，最大限度地减律，采取必要的工程手段，最大限度地减轻泥石流灾害轻泥石流灾害。泥石流防治工程方案设计泥石流防治工程方案设计 泥石流灾害防治工程设计的基本原则泥石流灾害防治工程设计的基本原则 实事求是实事求是 以防为主，防治结合以防为主，防

17、治结合 因害设防，突出重点因害设防，突出重点 因地制宜因地制宜 综合防治方案综合防治方案 以拦挡为主以拦挡为主 的方案的方案 以排为主的防治方案以排为主的防治方案 以生物工程为主的方案以生物工程为主的方案泥石流防治的方案：泥石流防治的方案：综合防治方案：综合防治方案：以小流域为单元，以小流域为单元， 全面规划，综合治理全面规划，综合治理 工程措施、生物措施、预警报、管理措工程措施、生物措施、预警报、管理措施等结合使用施等结合使用 多种防治建筑物联合使用多种防治建筑物联合使用 灾害治理与发展经济相结合灾害治理与发展经济相结合 北京市密云县番字牌乡番字牌西沟泥石流防治方案由土建工程、生物工北京市密

18、云县番字牌乡番字牌西沟泥石流防治方案由土建工程、生物工程、预警系统和管理工程等四部分组成程、预警系统和管理工程等四部分组成（1 1）土建工程防治方案）土建工程防治方案 在流域中上游泥石流活跃的主要支沟布置骨干拦沙坝拦截泥石流，防止或减轻在流域中上游泥石流活跃的主要支沟布置骨干拦沙坝拦截泥石流，防止或减轻大规模泥石流灾害；大规模泥石流灾害； 在泥石流活跃的小支沟布置谷坊工程固坡稳沟，减少支沟泥石流活动；在泥石流活跃的小支沟布置谷坊工程固坡稳沟，减少支沟泥石流活动； 在中下游居民点设置护村堤，防御中小规模山洪泥石流或高含沙水流的危害；在中下游居民点设置护村堤，防御中小规模山洪泥石流或高含沙水流的危

19、害； 在沟口布置防洪堤，保护沟口番字牌村免遭洪水和高含砂水流袭击。在沟口布置防洪堤，保护沟口番字牌村免遭洪水和高含砂水流袭击。 （2 2）生物工程设计方案）生物工程设计方案 生物工程以恢复流域生态环境为主要目的，结合造林发展经济。在各支沟山坡的生物工程以恢复流域生态环境为主要目的，结合造林发展经济。在各支沟山坡的中上部发展水源涵养林中上部发展水源涵养林680hm2680hm2，中下部营造水土保持林，中下部营造水土保持林370 hm2370 hm2，水土保持薪炭林，水土保持薪炭林150hm2150hm2，水土保持经济林，水土保持经济林76 hm276 hm2，经济林，经济林17 hm217 hm

20、2，沟道两侧营造防护林。生物工程，沟道两侧营造防护林。生物工程实施后，流域生态环境将向良性循环发展，逐步改变流域的汇流条件，减少水土流实施后，流域生态环境将向良性循环发展，逐步改变流域的汇流条件，减少水土流失，稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。失，稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。（3 3）预警报工程设计方案）预警报工程设计方案 预警系统以减少人员伤亡为目的。由监测点和预警站组成。在流域上、中、下游预警系统以减少人员伤亡为目的。由监测点和预警站组成。在流域上、中、下游设置监测点，在沟口设预警站。通过对天气预报和大气降水监测及资料分析，向政设置监测点，在沟口设预警站。通过对天气预报和大气降水监测及资

21、料分析，向政府有关部门提出发布泥石流预报或警报的建议。由政府部门通过警报装置向流域内府有关部门提出发布泥石流预报或警报的建议。由政府部门通过警报装置向流域内各居民点发出泥石流预报或警报，通知居民紧急避难。各居民点发出泥石流预报或警报，通知居民紧急避难。（4 4）行政管理方案）行政管理方案 管理工程内容包括：易受泥石流危害居民点的搬迁，一般居民点避难点的选择和管理工程内容包括：易受泥石流危害居民点的搬迁，一般居民点避难点的选择和建设，避难时撤离路线的选择，避难时的组织工作，发布预警报的程序和权限。建设，避难时撤离路线的选择，避难时的组织工作，发布预警报的程序和权限。1 12134567891 0

22、1 21 31 41 51 61 71 8石 湖 根$1 2 8 6 .4N番 字 牌02 5 05 0 0 (m )3图 例61891 6543271 41 31 21 11 01 5 番字牌西沟泥石流防治方案示意图番字牌西沟泥石流防治方案示意图1土建工程编号 2居民点 3拟搬迁居民点 4拟迁往地点 5拦砂坝 6谷坊坝 7格栅坝 8护村导流堤 9原有护村堤加高、加固及延长 10护村挑流坝 11生物工程林地界线索 12水源涵养林 13水土保持用材林 14水土保持薪炭林 15水土保持经济林 16经济林与农耕地以排为主的防治方案以排为主的防治方案主要工程措施主要工程措施：排导槽、小型拦挡坝、渡槽排

23、导槽、小型拦挡坝、渡槽 要要 点：点： 排导槽、渡槽平面和纵断面的排导槽、渡槽平面和纵断面的 合理布置合理布置 在排导槽、渡槽的上游布置少在排导槽、渡槽的上游布置少 量的小型拦挡坝量的小型拦挡坝泥石流的防治措施与防治建筑物泥石流的防治措施与防治建筑物 泥石流的防治措施泥石流的防治措施 主要防治建筑物主要防治建筑物泥石流防治措施泥石流防治措施主要泥石流泥石流防治建筑物主要泥石流泥石流防治建筑物 拦砂坝拦砂坝 谷坊谷坊 排导槽排导槽 渡槽渡槽 停淤场停淤场 明洞明洞拦砂坝的种类拦砂坝的种类o 重力式重力式o 格栅式格栅式o 柔性柔性o 桩林桩林泥石流拦砂坝（重力式）的特点：泥石流拦砂坝（重力式）的

24、特点：o作用作用 拦截泥沙、排水，水土分离拦截泥沙、排水，水土分离 固定沟床、稳定沟坡固定沟床、稳定沟坡 坝后淤积泥沙反压滑坡坝后淤积泥沙反压滑坡o 结构结构 坝体上游边坡比坝体上游边坡比 1:0.50.7 坝体下游边坡比坝体下游边坡比 1: 0 0.2 坝体上设有排水孔坝体上设有排水孔 一般不专门设溢洪道一般不专门设溢洪道o消能消能 软基消能软基消能299001580015003000 400060002700050000.050.051:0.51:0.71:0.10.0833000189005000 300040000200080003500100010003500350035001000

25、2000100.00070.000#0.0625A-A Cross section 1000#C25C15GroundM10拦砂坝的布置拦砂坝的布置（一）坝址选择的原则（一）坝址选择的原则 通常在泥石流流域内可建拦砂坝的坝址不多，要寻找理想的坝通常在泥石流流域内可建拦砂坝的坝址不多，要寻找理想的坝址更难。坝址一般选在泥石流的流通区，可利用中等或大比例尺地址更难。坝址一般选在泥石流的流通区，可利用中等或大比例尺地形图（形图（1/20001/20001/100001/10000），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可考虑如下条件。考虑如下条件。1 1地质条件地质条件

26、 坝址附近应无大断裂通过，坝址两岸山坡稳定，无滑坡、崩塌、坝址附近应无大断裂通过，坝址两岸山坡稳定，无滑坡、崩塌、冲沟等不良地质现象和泉水出露，沟床有基岩出露或基岩埋深较浅，冲沟等不良地质现象和泉水出露，沟床有基岩出露或基岩埋深较浅，坝基为基岩或密实的沉积物。坝基为基岩或密实的沉积物。2 2地形条件地形条件 坝址处沟谷狭窄，而上游开阔，沟床纵坡较缓，沟谷对称，两坝址处沟谷狭窄，而上游开阔，沟床纵坡较缓，沟谷对称，两肩高度能满足坝高与库容要求。肩高度能满足坝高与库容要求。3 3建筑材料和施工条件建筑材料和施工条件 坝址附近有充足的石料、沙等当地建筑材料；离公路较近，易坝址附近有充足的石料、沙等当

27、地建筑材料；离公路较近，易于修筑施工便道，运输方便；有开阔施工场地，有可供使用的水源。于修筑施工便道，运输方便；有开阔施工场地，有可供使用的水源。拦砂坝的布置拦砂坝的布置 坝址初步选出后，拦砂坝的确切位置可根据下列原则坝址初步选出后，拦砂坝的确切位置可根据下列原则作出决定。作出决定。1 1与防治工程总体布置协调与防治工程总体布置协调 拦砂坝的布置应与防治工程总体布置协调拦砂坝的布置应与防治工程总体布置协调, ,与上游的与上游的谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。2 2安全可靠安全可靠 拦砂坝应布置在崩塌与滑坡等突发性灾害冲击范围之拦砂

28、坝应布置在崩塌与滑坡等突发性灾害冲击范围之外，能保证拦砂坝自身的安全。外，能保证拦砂坝自身的安全。3 3效益高效益高 拦砂坝的布置应能满足本身的设计要求，有较好的综拦砂坝的布置应能满足本身的设计要求，有较好的综合效益，如，有足够的拦淤库容，有足够的坝高；既能拦合效益，如，有足够的拦淤库容，有足够的坝高；既能拦沙，又能利用拦截的泥沙反压滑坡等。沙，又能利用拦截的泥沙反压滑坡等。重力式拦砂坝的设计重力式拦砂坝的设计（一）荷载分析（一）荷载分析 作用于坝体的泥石流荷载主要有，坝体自重、水压力、作用于坝体的泥石流荷载主要有，坝体自重、水压力、淤积物压力、泥石流体压力、地基反力、扬压力、地震力和淤积物压

29、力、泥石流体压力、地基反力、扬压力、地震力和泥石流冲击力等）。泥石流冲击力等）。 1 1坝体自重坝体自重 2 2水平水压力水平水压力 3 3淤积物垂直压力淤积物垂直压力 4 4泥石流体水平压力泥石流体水平压力 5 5 扬压力扬压力 6 6地震力地震力 7 7泥石流冲击力泥石流冲击力 1 1坝体自重坝体自重式中：式中： WaWa为坝体自重（为坝体自重（t t），）， VaVa为坝身体积（为坝身体积（m3m3），）， 为坝体容重（为坝体容重（t/m3t/m3）；）；aaaVWaaaVW2 2水平水压力水平水压力2/2wwwlHF式中：式中： y ywlwl 为水的容重（为水的容重（t/m3t/m3

30、），）， H Hw w 为水深（为水深（m m）。）。3 3淤积物垂直压力淤积物垂直压力sbbVW式中：式中： WbWb、WdWd分别为淤积土重和流体重（分别为淤积土重和流体重（t t），），y yb b、yc分分别为淤积土容重和流体容重（别为淤积土容重和流体容重（t/mt/m3 3）。）。 sswHcddVW4 4泥石流体水平压力泥石流体水平压力 （1 1）稀性泥石流）稀性泥石流 式中：；式中：； 为干沙容重，为干沙容重， y yw w 为水容重，为水容重， n n 为孔隙率，为孔隙率， hshs 稀性泥石流堆积厚度，稀性泥石流堆积厚度， gsgs为泥沙内摩擦角为泥沙内摩擦角。 2/ )2/

31、45(22gssgsvltghFowdsgsn)1 ( w（2 2）粘性泥石流）粘性泥石流2/ )2/45(22accdltgHF式中：y yc c 为粘性泥石流容重，为粘性泥石流容重， H Hc c 为泥深，为泥深， a 为泥石流内摩擦角（一般取为泥石流内摩擦角（一般取4 4-10-10）。）。5 5扬压力扬压力HKLFy5 . 0式中：式中：L L 为坝底长，为坝底长， H H 为坝上下游水位差，为坝上下游水位差， K K 为水为水 头折减系数，其值在头折减系数，其值在0 00.70.7之间，可根据地基之间，可根据地基 渗透性与坝基轮廓，估计渗透压力折减度酌情选用。渗透性与坝基轮廓，估计渗

32、透压力折减度酌情选用。6 6地震力地震力 地震力包括地震惯性力、地震动水压力和地震力包括地震惯性力、地震动水压力和地震土压力，可参考有关规范计算，坝体高度地震土压力，可参考有关规范计算，坝体高度 15m15m的中小型拦砂坝不考虑地震荷载。的中小型拦砂坝不考虑地震荷载。 7 7泥石流冲击力泥石流冲击力泥石流冲击力泥石流冲击力FcFc可按冲击力公式计算。可按冲击力公式计算。（二）荷载组合（二）荷载组合 作用于坝体的荷载组合既与坝库使用情况有关作用于坝体的荷载组合既与坝库使用情况有关（空库、半库和淤满后运用），又与泥石流类型、规（空库、半库和淤满后运用），又与泥石流类型、规模及使用期内坝库与泥石流的

33、遭遇有关，应按具体情模及使用期内坝库与泥石流的遭遇有关，应按具体情况挑选几种可能发生的危险组合进行计算，以其中最况挑选几种可能发生的危险组合进行计算，以其中最危险的组合作为设计控制条件。危险的组合作为设计控制条件。 泥石流拦砂坝受力状态复杂，一些荷载计算误差泥石流拦砂坝受力状态复杂，一些荷载计算误差较大，控制设计的荷载至今还没有公认的合理的组合较大，控制设计的荷载至今还没有公认的合理的组合模式。根据拦砂坝的受力分析和工程实践，有两点是模式。根据拦砂坝的受力分析和工程实践，有两点是可以肯定的：一是空库运行时，拦砂坝稳定性最差；可以肯定的：一是空库运行时，拦砂坝稳定性最差；二是坝后淤积越高，拦砂坝

34、稳定性越好，当挡砂坝淤二是坝后淤积越高，拦砂坝稳定性越好，当挡砂坝淤满后，其受力状态与挡土墙相似。满后，其受力状态与挡土墙相似。中、小型拦砂坝（有效坝高中、小型拦砂坝（有效坝高15m15m）设计时可参考下）设计时可参考下表表2 2选用荷载组合作为控制设计用选用荷载组合作为控制设计用。运行情况运行情况 泥石流性质空库过泥石流性质空库过 应考虑的荷载应考虑的荷载 流稀性泥石流流稀性泥石流 自重自重 Wa 水压力水压力 Fwl 泥石流水平压力泥石流水平压力 Fvl 扬压力扬压力 Fy 冲击力冲击力 Fc粘性泥石流粘性泥石流 自重自重 Wa 泥石流水平压力泥石流水平压力 Fdl 冲击力冲击力 Fc（三

35、）（三） 稳定分析稳定分析 1 1坝体抗滑稳定坝体抗滑稳定 2 2抗倾覆验算抗倾覆验算 3 3地基承载力验算地基承载力验算 1 1坝体抗滑稳定坝体抗滑稳定沿基础底（平）面滑动公式沿基础底（平）面滑动公式 式中：式中： Kc为抗滑安全系数；为抗滑安全系数； W为垂直力之总和；为垂直力之总和； Q为水平力之总和；为水平力之总和； f为沿基面的摩擦系数。为沿基面的摩擦系数。QWfKc/1.051.15 沿切开坝踵和齿墙的水平断面滑动公式沿切开坝踵和齿墙的水平断面滑动公式 1.01.15 QCAWfKc/ )(式中：式中： C C为单位面积坝踵和齿墙粘结力（为单位面积坝踵和齿墙粘结力（t/m2t/m2

36、），）， A A为剪切断面面积（为剪切断面面积（m2m2），）， 其余符号同前。其余符号同前。2 2抗倾覆验算抗倾覆验算 验算公式为：验算公式为：0/ MMKxy1.051.15 式中：式中： Ky为抗倾安全系数；为抗倾安全系数； Mx为抗倾覆力矩（为抗倾覆力矩（tm）；）； M0为倾覆力矩（为倾覆力矩（tm）。）。 3 3地基承载力验算地基承载力验算 坝的上游边缘地基不出现拉应力，下游边缘坝的上游边缘地基不出现拉应力，下游边缘地基压应力低于地基承载力地基压应力低于地基承载力. . bbeW/ )/61 ( ?bbeW/ )/61 ( ?0 c( (四）结构尺寸设计四）结构尺寸设计1 1坝高坝

37、高 拦砂坝的高度可分为总坝高拦砂坝的高度可分为总坝高H Hd d和有效坝和有效坝H Hd1d1（见图（见图10-510-5）。一般将有效坝高称为拦砂坝的坝高。拦砂坝的）。一般将有效坝高称为拦砂坝的坝高。拦砂坝的高度由下列条件决定：高度由下列条件决定：（1 1）坝址处地基及岸坡的地质条件；）坝址处地基及岸坡的地质条件；（2 2）坝址处地形条件；）坝址处地形条件；（3 3）拦砂坝的设计目标；）拦砂坝的设计目标；（4 4）合理的经济技术指标，主要是坝高与拦淤库容的关）合理的经济技术指标，主要是坝高与拦淤库容的关系。系。拦砂坝根据坝高一般分为：拦砂坝根据坝高一般分为： 小型拦砂坝，小型拦砂坝，H Hd

38、1=5d1=510m10m； 中型拦砂坝，中型拦砂坝，H Hd1=10d1=1015m15m； 大型拦砂坝，大型拦砂坝，H Hd115md115m。 重力式拦砂坝基本尺寸重力式拦砂坝基本尺寸坝坝 高高 10m1020m 2030m 30m坝顶宽（坝顶宽（m） 1.0-2. 03. 4.0 5.0上游坡比上游坡比 0.4-0.50.5 0.55 0.60下游坡比下游坡比 0-0.050 .0501 0.1坝底宽（坝底宽（m） 0.7Hdl (0.70.8)Hdl (0.80.9)Hdl0.9Hdl基础埋深（基础埋深（m） 1.52.52 .04.03.05.0 5.0坝的剖面尺寸坝的剖面尺寸泄流

39、孔与排水孔泄流孔与排水孔 拦砂坝一般应设大孔径的泄流口，布置在溢流口下方。拦砂坝一般应设大孔径的泄流口，布置在溢流口下方。泄流口可采用矩形，一般宽泄流口可采用矩形，一般宽1.0m1.0m，高，高3.03.01.0m1.0m。泄流口。泄流口的数量与尺寸，应按排泄常年洪水计算。坝体非溢流段还的数量与尺寸，应按排泄常年洪水计算。坝体非溢流段还必须设置排水孔。一般按每隔必须设置排水孔。一般按每隔2 23m3m的坝高设置一排排水孔，的坝高设置一排排水孔，排水孔之间的水平距离排水孔之间的水平距离3 34m4m，在立面上呈梅花型布置。排，在立面上呈梅花型布置。排水孔可采用水孔可采用0.3m0.3m0.4m0

40、.4m或或0.2m0.2m0.3m0.3m两种规格。两种规格。 溢流口底面应采取加强措施，以抵御泥石流的摩擦，溢流口底面应采取加强措施，以抵御泥石流的摩擦，一般的方法如下。一般的方法如下。 浇浇m1.0m厚高标号细石砼；厚高标号细石砼； 用坚硬的条石或大块石镶面；用坚硬的条石或大块石镶面； 埋置钢板及废钢轨。埋置钢板及废钢轨。 5坝下消能坝下消能 多数被破坏的拦砂坝是由于基础被淘空而失事的，因此必须慎重多数被破坏的拦砂坝是由于基础被淘空而失事的，因此必须慎重地处理坝下消能问题。大多数拦砂坝采用副坝消能。地处理坝下消能问题。大多数拦砂坝采用副坝消能。副坝与主坝重叠高度，按下式计

41、算副坝与主坝重叠高度，按下式计算 式中：式中：Hdl为拦砂坝坝顶到冲刷坑底的高度（为拦砂坝坝顶到冲刷坑底的高度（m）；）； H为副坝重叠高度（为副坝重叠高度（m）；）； Hc 为溢流口上泥深为溢流口上泥深. 主、副坝间的距离可按式计算，主、副坝间的距离可按式计算， L=（1.52）(Hdl+Hc) 式中：式中：L为主、副坝间距（为主、副坝间距（m）；其余符号同前。）；其余符号同前。 若副坝高出河底若副坝高出河底1.0m以上，在其下游还应再设第二道副坝。以上，在其下游还应再设第二道副坝。)()4/13/1 (cdlHHH谷坊工程设计谷坊工程设计 构筑于支沟泥石流形成区中具有固床稳坡功能，构筑于支

42、沟泥石流形成区中具有固床稳坡功能，高度较低的小型坝工建筑物高度较低的小型坝工建筑物. . 一般情况下，采用梯级谷坊相互成串逐级递保消一般情况下，采用梯级谷坊相互成串逐级递保消能，即下游谷坊的回淤末端压理上游谷坊的基础齿墙。能，即下游谷坊的回淤末端压理上游谷坊的基础齿墙。越坝洪流在齿墙前端形成冲刷坑暨软基消能，应控制越坝洪流在齿墙前端形成冲刷坑暨软基消能，应控制上游溢流堰的单宽流量和溢流深，将冲刷坑最大深度上游溢流堰的单宽流量和溢流深，将冲刷坑最大深度限定在齿墙埋深线以内，控制齿墙基底侵蚀基准不再限定在齿墙埋深线以内，控制齿墙基底侵蚀基准不再下切，待后续泥石流重新建造回淤末端并将冲坑填平。下切，

43、待后续泥石流重新建造回淤末端并将冲坑填平。Is#IsIsdH1dH2dH3谷坊之间取间距为谷坊之间取间距为 l=(23)H式中，式中，l为槛谷间距，为槛谷间距，H为谷坊坝落差。为谷坊坝落差。谷坊群布置图谷坊群布置图 东东 川式川式 V型槽型槽 排导槽是由人工开挖、填筑过流断面，或利排导槽是由人工开挖、填筑过流断面，或利用自然沟道，砌筑具有规则平面形状和横断面的用自然沟道，砌筑具有规则平面形状和横断面的一种开敞式槽形过流建筑物。一种开敞式槽形过流建筑物。 泥石流排导槽的种类泥石流排导槽的种类泥石流排导槽设计简介泥石流排导槽设计简介 软基消能排导槽为分离式结构，排导槽两侧建软基消能排导槽为分离式结

44、构，排导槽两侧建2 2道平行的边墙形成槽身，在槽内顺流向每隔一定道平行的边墙形成槽身，在槽内顺流向每隔一定距离设横过沟床的防冲肋板。肋板与墙基砌成整体，距离设横过沟床的防冲肋板。肋板与墙基砌成整体，肋板厚度一般为肋板厚度一般为1.0m1.0m，深度一般以，深度一般以1.501.502.50m2.50m为为宜，并按潜没式布设，肋板顶一般与沟床底平，肋宜，并按潜没式布设，肋板顶一般与沟床底平，肋板沿沟床的间距可按下式计算。板沿沟床的间距可按下式计算。东东 川川 式式C15毛石混凝土1000（ ）3m（ ）m工程量表工程项目砾石土 开挖 M7.5 浆砌石排导槽 36018548960109023土石

45、方 回填m（ ）14037 C15毛石 混凝土m3（ ）说明： C15毛石混凝土900900270（290、300）270（290、300）1000-剖视图-剖视图平面图中国科学院-水利部成都山地灾害与环境研究所 核定:国土资【环】设资字第(222100)号设计证号描图审查校核设计制图2007.1图号比例日期1:100四川省宁南县石洛沟 泥石流工程 规划图设计 NSNG-2-3石洛沟泥石流排导槽结构图1、图中结构尺寸以cm计；2、沿流向每间隔10m设置一道肋槛；3、图中标注括号内为1+024至3+096段和3+228至4+040段排导槽尺寸，括号外为0+000至0+880段排导槽尺寸，0+88

46、0至1+024段和3+096至3+228为过渡段。 M7.5浆砌石M7.5浆砌石泥石流排导槽结构图泥石流排导槽结构图 V V型槽底部呈型槽底部呈V V型，通常以浆砌石、混凝土、钢筋型，通常以浆砌石、混凝土、钢筋混凝土进行全断面护砌，构成整体式结构（见图混凝土进行全断面护砌，构成整体式结构（见图10-10-1111）。）。V V型槽底部由含纵、横坡度的两个斜面组成重型槽底部由含纵、横坡度的两个斜面组成重力束流坡，纵坡值通常用力束流坡，纵坡值通常用3030300300，横坡通常用，横坡通常用200200250250，限值为，限值为100100300300，在纵坡不足时，在纵坡不足时加大横坡输沙效果

47、显著。加大横坡输沙效果显著。V V型槽型槽排导槽的布置排导槽的布置 排导槽的布置应力求线路顺直，纵坡较大，排导槽的布置应力求线路顺直，纵坡较大，以有利于排泄，还应注意以下几点：其一是尽以有利于排泄，还应注意以下几点：其一是尽可能利用现有的天然沟道，加以整治利用，尽可能利用现有的天然沟道，加以整治利用，尽量保持原有沟道的水力条件；其二是出口尽量量保持原有沟道的水力条件；其二是出口尽量与主河锐角相交，防止泥石流堵塞主河；其三与主河锐角相交，防止泥石流堵塞主河；其三是在必须设置弯道的槽段，应使弯道半径是在必须设置弯道的槽段，应使弯道半径RsRs = =（810810）倍泥面宽度）倍泥面宽度BcBc（

48、稀性泥石流）或（稀性泥石流）或RsRs = =（15201520）倍泥面宽度）倍泥面宽度BcBc（粘性泥石流）。（粘性泥石流）。排导槽纵坡设计排导槽纵坡设计 排导槽的纵坡应根据地形、地质、天然沟道纵坡等排导槽的纵坡应根据地形、地质、天然沟道纵坡等情况综合考虑确定，应尽量利用自然地形坡度，保持必情况综合考虑确定，应尽量利用自然地形坡度，保持必要的纵坡。排导槽纵坡最好一坡到底，以防止因变坡产要的纵坡。排导槽纵坡最好一坡到底，以防止因变坡产生淤积和冲刷。必须设置变坡的槽段，要注意纵坡的变生淤积和冲刷。必须设置变坡的槽段，要注意纵坡的变化幅度不应过大，同时应设置变坡段。排导槽的纵坡可化幅度不应过大，同

49、时应设置变坡段。排导槽的纵坡可按表按表10-1510-15选择。若原地形不能满足排导泥石流的最小选择。若原地形不能满足排导泥石流的最小纵坡时，必须抬高槽首高程或降低槽尾高程，以获得保纵坡时，必须抬高槽首高程或降低槽尾高程，以获得保证排导泥石流所必须的最小纵坡。证排导泥石流所必须的最小纵坡。排导槽横断面设计排导槽横断面设计 泥石流排导槽横断面设计包括横断面形式的选泥石流排导槽横断面设计包括横断面形式的选择和断面尺寸的确定。择和断面尺寸的确定。（一）排导槽的横断面的形式（一）排导槽的横断面的形式常见的泥石流排导槽横断面形状有梯形、矩形和常见的泥石流排导槽横断面形状有梯形、矩形和V V形等形等3 3

50、种（见图种（见图10-710-7）。）。 一般情况，梯形或矩形一般情况，梯形或矩形断面适用面广，适用于各种类型和规模的泥石流，断面适用面广，适用于各种类型和规模的泥石流，V V形横断面适用于频繁发生、规模较小的粘性泥石形横断面适用于频繁发生、规模较小的粘性泥石流和水石流的排泄，宽度一般不超过流和水石流的排泄，宽度一般不超过5 5米。米。 （二）断面尺寸的确定二）断面尺寸的确定 排导槽在设计中一般采用类比法，通过试算来确定排导槽在设计中一般采用类比法，通过试算来确定排导槽的横断面尺寸。排导槽的横断面尺寸。1 1拟定排导槽横断面尺寸拟定排导槽横断面尺寸 选择较为顺直、狭窄，且形状和尺寸比较稳选择较

51、为顺直、狭窄，且形状和尺寸比较稳定的流通段，参照流通段沟床形态。定的流通段，参照流通段沟床形态。 2 2试算过流能力试算过流能力 根据上述方法拟定的排导槽尺寸、根据上述方法拟定的排导槽尺寸、 和排导和排导槽设计深度槽设计深度HcHc ，试算排导槽的泄流能力。将试，试算排导槽的泄流能力。将试算结果与泥石流流量比较，若假定的横断面尺寸算结果与泥石流流量比较，若假定的横断面尺寸不能满足排导的要求或泄流能力过大，则修正断不能满足排导的要求或泄流能力过大，则修正断面尺寸或改变断面形状，重新进行计算，直到既面尺寸或改变断面形状，重新进行计算，直到既满足排导泥石流的要求，又达到经济断面为止。满足排导泥石流的

52、要求，又达到经济断面为止。黑水县芦花沟泥石流防治续建工程规划设计黑水县芦花沟泥石流防治续建工程规划设计工程实例工程实例 内内 容容1.1.位置与交通位置与交通 2.2.泥石流原有防治工程及存在的问题泥石流原有防治工程及存在的问题 3.3.泥石流的发展与危害泥石流的发展与危害4.4.泥石流续建工程方案泥石流续建工程方案 5.5.工程投资概算工程投资概算 6.6.几点建议几点建议1.1.位置与交通位置与交通 芦花沟位于四川省阿坝藏族羌族芦花沟位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县，是岷江水系黑水河中自治州黑水县，是岷江水系黑水河中游右岸的一级支流，沟口地理坐标为游右岸的一级支流，沟口地理坐标为1025

53、000E，320442N，黑水，黑水县城县城-芦花镇坐落在芦花沟泥石流堆芦花镇坐落在芦花沟泥石流堆积扇上。芦花镇交通方便，省道积扇上。芦花镇交通方便，省道S302从城区通过，南距成都从城区通过，南距成都310 km，西距阿坝州州府马尔康西距阿坝州州府马尔康176 km。 2.2.泥石流原有防治工程及存在的问题泥石流原有防治工程及存在的问题 上世纪八十年代，黑水县政府对芦花沟泥石流进行了综上世纪八十年代，黑水县政府对芦花沟泥石流进行了综合治理，治理工程于合治理，治理工程于1984年年4月破土动工，到月破土动工，到1987年年10月竣月竣工。工程以工。工程以50年一遇泥石流为设计标准，年一遇泥石流

54、为设计标准，100年一遇泥石流年一遇泥石流为校核标准。泥石流综合治理工程措施为以排为主，排导、为校核标准。泥石流综合治理工程措施为以排为主，排导、拦蓄、稳坡、停淤等措施相结合，并辅以截水排流。主要拦蓄、稳坡、停淤等措施相结合，并辅以截水排流。主要工程项目是，排导槽工程项目是，排导槽465m，停淤场一座（库容，停淤场一座（库容7万万m3 3）、拦）、拦砂坝砂坝8座、潜坝座、潜坝4座（总拦淤库容量约座（总拦淤库容量约3万万m3 3）、截水沟）、截水沟1 km；同时营造水源涵养林和水土保持林，实行退耕还林、封山同时营造水源涵养林和水土保持林，实行退耕还林、封山育林等生物措施。芦花沟泥石流治理工程形成

55、了完整的防育林等生物措施。芦花沟泥石流治理工程形成了完整的防灾减灾工程体系，工程竣工后防灾减灾效果极佳，有效灾减灾工程体系，工程竣工后防灾减灾效果极佳，有效 地地保护了县城上万人民的生命财产安全。保护了县城上万人民的生命财产安全。2.1 2.1 泥石流原有防治工程泥石流原有防治工程 芦花沟流域及泥石流治理工程布置图芦花沟流域及泥石流治理工程布置图2.2 2.2 原有工程存在的的主要问题原有工程存在的的主要问题 （1 1）拦沙坝群库容已满，拦蓄能力消失。）拦沙坝群库容已满，拦蓄能力消失。（2 2） 出现拦砂坝坝肩绕流，坝体被破坏出现拦砂坝坝肩绕流，坝体被破坏（3 3） 部分坝体破坏严重部分坝体破

56、坏严重（4 4）排导槽底局部破损严重，排导能力减小）排导槽底局部破损严重，排导能力减小 芦花沟是一条发育处于幼年期的沟谷，除上游清水汇流区以外的沟谷沟床比降芦花沟是一条发育处于幼年期的沟谷，除上游清水汇流区以外的沟谷沟床比降达达354354，两岸山坡十分陡峻，滑坡和表层滑塌发育，中上游溯源侵蚀强烈，泥石，两岸山坡十分陡峻，滑坡和表层滑塌发育，中上游溯源侵蚀强烈，泥石流发展势头正旺。流发展势头正旺。19871987年泥石流治理工程完成后，泥石流固体物质大量被拦挡坝群年泥石流治理工程完成后，泥石流固体物质大量被拦挡坝群拦蓄，坝与坝之间的沟床比降变小，坝体上游附近两岸滑坡坡脚被堆积物反压，滑拦蓄，坝

57、与坝之间的沟床比降变小，坝体上游附近两岸滑坡坡脚被堆积物反压，滑坡活动逐渐减弱，泥石流活动趋势减缓。坡活动逐渐减弱，泥石流活动趋势减缓。 进入本世纪以来，随着泥石流防治工程的老化，上游的沟道侵蚀加剧，沟道两侧山进入本世纪以来，随着泥石流防治工程的老化，上游的沟道侵蚀加剧，沟道两侧山体表层滑塌严重，补给泥石流的固体物质增多，泥石流再趋活跃。泥石流形成区两体表层滑塌严重，补给泥石流的固体物质增多，泥石流再趋活跃。泥石流形成区两岸山坡坡度在岸山坡坡度在4040左右，岩体破碎，随着溯源侵蚀的不断进行，沟谷的向源、向侧左右，岩体破碎，随着溯源侵蚀的不断进行，沟谷的向源、向侧侵蚀加剧，沟岸失稳导致小型滑坡

58、发育。目前，从塔子窝村向下至侵蚀加剧，沟岸失稳导致小型滑坡发育。目前，从塔子窝村向下至4 4# #谷坊间的沟道谷坊间的沟道两岸新滑坡成片分布，较大的滑坡有两岸新滑坡成片分布，较大的滑坡有5 5处，左岸有处，左岸有2 2处，右岸有处，右岸有3 3处，总面积约处，总面积约2.52.5万万m m3 3。滑坡是由沟道冲蚀而形成的牵引式滑坡，沟内还可见多棵倒下的树木。据初步。滑坡是由沟道冲蚀而形成的牵引式滑坡，沟内还可见多棵倒下的树木。据初步判断，新发生的滑坡均为浅层滑坡，平均厚度约判断，新发生的滑坡均为浅层滑坡，平均厚度约2 m2 m，滑坡体总方量约，滑坡体总方量约5 5万万m m3 3。 从目前芦花

59、沟泥石流形成条件看，其地形条件和降水条件没有大的变化，而松从目前芦花沟泥石流形成条件看，其地形条件和降水条件没有大的变化，而松散固体物质相当丰富，发生较大规模泥石流的条件是充分的，散固体物质相当丰富，发生较大规模泥石流的条件是充分的，19981998年和年和20042004年泥石年泥石流的暴发情况也证实了这一点。同时拦挡坝已淤满和谷坊出现不同程度的损毁，如流的暴发情况也证实了这一点。同时拦挡坝已淤满和谷坊出现不同程度的损毁，如泥石流的规模达到中等，可能对芦花镇造成严重的威胁。尽管在泥石流的规模达到中等，可能对芦花镇造成严重的威胁。尽管在20052005年实施了泥石年实施了泥石流防治的应急工程，

60、在一定程度上缓解了险情，但还存在这种安全隐患。流防治的应急工程，在一定程度上缓解了险情，但还存在这种安全隐患。3.3.泥石流的发展趋势与危害泥石流的发展趋势与危害 形成区两岸滑坡及表面滑塌发育形成区两岸滑坡及表面滑塌发育 山坡上的大树滑入沟内山坡上的大树滑入沟内20042004年年9 9月月3030日泥石流堵塞西街桥留下的痕迹日泥石流堵塞西街桥留下的痕迹 4.4.泥石流续建工程方案泥石流续建工程方案 4.1 4.1 目标和原则目标和原则 芦花沟泥石流防治续建工程的目标是削弱泥石流的形芦花沟泥石流防治续建工程的目标是削弱泥石流的形成条件，减轻泥石流灾害。防治工程能防御山洪和中等成条件，减轻泥石流