第八章 泥石流

第八章泥石流工程地质研究第一节概述第二节泥石流形成条件第三节泥石流的分类第四节泥石流防治

第一节概述泥石流(debrisflow，mudflow)是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的暂时性急水流。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。它的活动特点是：在一个地段上往往突然暴发，能量巨大，来势凶猛，历时短暂，且复发频繁，因此破坏力强大。泥石流现象几乎在世界上所有的山区都有可能发生，尤以最新隆起山系最为活跃，遍及全球50多个国家，如日本、美国、俄罗斯、奥地利等我国山区面积广大，山地约占全国总面积的70%，又多处于季风气候区，降水集中，晚近代地壳运动剧烈、地震频繁、地形陡峭而切割破碎，泥石流现象普遍

第二节泥石流形成条件

地形条件地质条件气象水文地形条件地貌条件是形成泥石流的内因和必要条件，制约着泥石流的形成和运动，影响泥石流的规模和特性。泥石流总是发生在陡峻的山岳地区，一般是顺着纵坡降较大的狭窄沟谷活动的，可以是干涸的嶂谷、冲沟，也可以是有水流的河谷。泥石流形成的地貌条件：主要是泥石流沟沟床比降、沟坡坡度、坡向、集水区面积和沟谷形态等每一处泥石流自成一个流域。典型的泥石流流域可划分为形成区、流通区和堆积区三个区段：地形条件(一)形成区多为三面环山、一面出口的宽阔地段，周围山坡陡峻，地形坡度多为30°～60°，沟床纵坡降可达30°以上。(二)流通区该区是泥石流搬运通过的地段，多系狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻而纵坡降较大，且多陡坎和跌水。当纵坡陡而顺直时，泥石流流途通畅，可直泻下游，能量大。反之则易堵塞停积或改道，削弱能量。(三)堆积区一般位于出山口或山间盆地边缘，地形坡度通常小于5°。由于地形豁然开阔平坦，泥石流动能急剧降低，最终停积下来，形成扇形、锥形或带形堆积滩。地质背景条件地质条件主要决定了松散固体物质的来源。泥石流强烈发育的山区，都是地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、地震频发、崩滑灾害多发的地段。地质构造地层岩性地震地质构造我国构造运动表现十分强烈，断裂非常发育，特别是以纵向构造和歹字型构造最突出，这些断裂规模大、活动性强，是影响区域地壳稳定性的主要因素。大断裂分布地区，也是区域地震活动最为频繁地区;断裂对地形的影响和斜坡岩体的破坏作用也很明显，它们不仅控制着我国现代地貌的发育，而且也基本控制了我国泥石流发育和区域的分布特征。大断裂构造的破碎带可长达几公里至数十公里，沿断裂带上软弱构造面发育，岩石破碎，形成了糜棱岩、破裂岩和角砾岩等动力变质岩，成为滋生泥石流的温床，是泥石流发生发展的控制性因素。我国活动断裂带，诸如安宁河断裂带、绿汁江断裂带、小江断裂带和波密-易贡断裂带以及白龙江断裂带等，成为我国泥石流最发育地区（数量、规模、活动强度）。活动断裂构造有利于泥石流的发育和形成，但不是所有断裂构造都能发育和形成泥石流。地层岩性在地质构造控制下，一个地区的地层岩性与泥石流发育和形成也有密切的关系。由于风化速度的差异，岩性软弱的岩层或软硬相间的岩层比岩性均一的坚硬岩层易遭破坏，提供松散物质也就越易，对于形成泥石流就越有利。我国易发育和形成泥石流的岩层主要有以下几类：(1)新生界地层：为固结较差的粘土岩类和各种成因的松散堆积物，如西南成都粘土、昔格达粘土，西北地区的黄土及含盐地层。(2)中生界陆相地层(特别是含膏盐红层)：此类岩层岩石固结性差，抗剪强度低，易软化和泥化，在干湿度变化下胀缩作用明显，岩石表层崩解迅速，常形成较厚的碎屑层;该地层常含膏盐，在水的长期作用下，固结力会降低甚至失去;由于软化性大，当其处于边坡位置，特别是当产状与坡向一致时，坡面易于失稳，产生滑坡，成为泥石流的物质补给来源。(3)煤系地层。该地层为砂泥质岩系，粘土岩类强度低，遇水易软化。(4)含凝灰岩夹层的玄武岩(5)变质岩类：此类岩层时代古老，节理、裂隙发育，常有较厚的风化带，特别是在水浸作用下，其中变质矿物如绢云母、绿泥石易重新分解为粘土矿物而发生泥化，极易产生滑坡，形成泥石流。(6)碳酸盐岩层。该岩层具有可溶性，在石灰岩分布地区只有机械风化或寒冻风化所形成的岩块碎屑或经淋溶残积红土，成为泥石流流域固体物质补给源时，才有可能参与泥石流活动。(7)强烈风化的花岗岩。花岗岩在炎热多雨的气候条件下，易形成深厚的风化壳，厚度达到50-100米，强风化带厚5-30米，呈砂土状，强度低，易于泥石流发育和形成。在高寒地区以寒冻风化为主，岩体机械破碎，形成岩屑型风化壳，也利于泥石流发育。地震地震是释放地壳应力和地壳应变能量的重要方式之一。地震特别是强震可显著降低表层的强度，破坏自然斜坡的稳定性。地震所激发的滑坡等，是地震力对斜坡变形的直接效应，7级以上的强震还可产生大量地震断层，这些都直接增加了泥石流固体物质来源。地震对泥石流发育和分布的影响大小主要受地震烈度的控制。一般在7度以上的地区，地震对泥石流发育和分布影响显著。舟曲处在汶川地震活跃带上，是地震重灾区之一，地震导致舟曲的山体松动，极易垮塌气象水文气象水文是激发泥石流发生的决定性因素，泥石流形成必须有强烈的地表径流，地表径流是暴发泥石流的动力条件。泥石流的地表径流来源于暴雨、高山冰雪强烈融化和水体溃决等。连续的强降雨是舟曲泥石流的主要触发因素

第三节泥石流的分类按泥石流流域形态分类按泥石流的物质组成分类按泥石流的流体性质分类按泥石流流域形态分类标准型泥石流：流域呈扇形，其面积较大，有十几至几十平方公里，能明显地划分出形成区、流通区和堆积区河谷型泥石流：流域呈狭长条形，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滑体。沟谷中一般常年有水，故水源较丰富。流通区与堆积区往往不能明显分开，在流通区内既有冲刷，又有堆积。山坡型泥石流：流域面积较小，一般小于1km2。流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。按泥石流的物质组成分类水石流型泥石流：这种类型泥石流一般含有非常不均匀的石块和砂砾，粘土质细粒物质含量少，而且在泥石流运动过程中极易被冲洗掉。所以水石流型泥石流的堆积物常常是很大的粗碎屑物质。泥石流型泥石流：这类泥石流既含有很不均一的粗碎屑成分，又含有相当多的粘土质细粒物质。因具有一定的粘结性，泥石流型泥石流的堆积物常形成为粘结较牢固的土石混合物。泥水流型泥石流：固体物质基本上由细碎屑和粘土物质所组成，粗碎屑物含量很少，甚至没有。我国黄土高原地区分布有此类泥石流。按泥石流的流体性质分类粘性泥石流：这类泥石流含有大量的细粒粘土物质，固体物质含量占40－60％，最高可达80％。水和泥砂、石块凝聚成一个粘稠的整体，粘性很大。它的密度大，浮托力强。当它在流途上经过弯道或遇障碍物时，有明显的爬高和截弯取直作用，并不一定循沟床运动。粘性泥石流在堆积区不发生散流，而是以狭窄条带状如长舌一样向下奔泄和堆积。堆积物地面坎坷不平，停积时堆积物无分选性；且结构往往与运动时相同，较密实。稀性泥石流：这类泥石流水是主要成分，固体物质占l0－40％，且细粒物质少，因而不能形成粘稠的整体。在运动过程中，水泥浆速度远远大于石块的运动速度；石块以滚动或跃移方式下泄。它具有极强的冲刷力，常在短时间内将原先填满堆积物的沟床下切成几米至十几米的深槽。稀性泥石流在堆积区呈扇状散流，将原来的堆积扇切割制成条条深沟。堆积后水泥浆逐渐流失。堆积物地面较平坦，结构较松散，层次不明显。沿流途的停积物有一定的分选性。第四节泥石流防治防治原则：坚持以防为主、防治结合、除害兴利的原则因地制宜、综合治理的原则全面规划、突出重点的原则坚持投资省、效益高、技术可行的原则防治工程应遵循泥石流自身的特点和规律具体防治措施有治理措施和预防措施预防措施：空间预测时间预报危险度判别泥石流治理

泥石流灾害的治理是在泥石流的形成、流通、堆积区内，采取相应的治理工程（如蓄水、引水工程，拦挡、支护工程，排导、引渡工程，停淤工程及改土护坡工程等），以控制泥石流的发生和危害。泥石流的治理工程通常适用于泥石流规模大，暴发不很频繁、松散固体物质补给及水动力条件相对集中，保护对象重要，要求防治标准高、见效快、一次性解决问题的情况。治理工程主要有治水、治土和排导等为主的方案。

1）治水为主的方案：利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水径流，削减水动力条件，使水土分离，稳定山坡。辅之少量拦挡、排导工程稳定部分土体，适用于水力类泥石流沟的治理。

2）治土为主的方案：利用拦挡、支护工程，拦蓄泥石流固体物质，稳定沟岸崩塌及滑坡；同时辅以排导、截水工程等。适用于土力类崩塌滑坡型泥石流沟的治理。

3）排导为主的方案：利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的危害。

4）综合治理方案：在具体实施泥石流的防治时，宜采取坡面、沟道兼顾，上下游统筹的综合治理方案。一般在沟谷上游以治水为主，中游以治土为主，下游以排导为主。治理措施生物措施工程措施蓄水、引水工程支挡工程拦挡工程排导工程储淤工程生物工程通过对现有森林植被的保护、荒山荒坡营造水源涵林、水流调节林、护坡林、沟道防冲林、治理工程的防护林等，使泥石流治理的流域内恢复植被，形成良好的生态环境。工程措施蓄水、引水工程：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洪水、削减洪峰，以控制暴发泥石流的水动力条件。避免经过崩滑地段而应在它的后缘外侧通过，并严防渗漏、溃决和失排。支挡工程：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，以稳定斜坡。拦挡工程这类工程多布置在流通区内，修建拦挡泥石流的坝体，也称谷坊坝。它的作用，主要是拦泥滞流和护床固坡

排导工程包括排导沟、渡槽、急流槽、导流堤等，多数