地质灾害防治工程电子教案

泥石流地质灾害分析与防治中国地质大学〔武汉〕2021年11月2日，云南省11个州〔市〕遭遇暴雨袭击，局部地区发生滑坡泥石流灾害，其中楚雄彝族自治州楚雄市、双柏县灾情较为严重。截至5日11时，灾害已造成云南40人死亡，43人失踪，10人受伤。西舍路乡的大松树村被泥石流一分为二几乎被完全摧毁的新华村下辖水井边村，该村共有十余名村民遇难乡村公路及植被遭到破坏，多处坍塌造成山体疤痕累累，三峡库区兴山县高阳镇滑坡-泥石流2021年9月8日早8时，山西襄汾县新塔公司选矿厂的尾矿库发生垮坝，宽约600米，长约3公里泥石流将下游的一个农贸集市和两个村子的局部房子冲跨。至少造成254人在事故中遇难。省长孟学农引咎辞职。

1概述2我国泥石流分布3泥石流分类4泥石流识别5泥石流的形成条件6泥石流的防治7实例分析目录1概述泥石流又称山洪泥流，是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的暂时性、突发性急水流，是介于流水与滑坡之间的一种地质作用。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。泥石流是一种灾害性的地质现象。泥石流经常突然爆发，来势凶猛，可携带巨大的石块，并以高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。泥石流所到之处，有摧枯拉朽之势。，菲律宾南莱特省圣伯纳德镇发生滑坡泥石流，方圆5至7公里的土地刹那间变成一个巨大泥潭，300多座房屋被埋没，造成2000余人死亡2005.6.10黑龙江沙兰泥石流，117人死亡，其中小学生105人1981年7月，四川全境遭遇百年不遇的特大暴雨。9日凌晨1时许，四川省甘洛县成昆铁路上大渡河的一条支流利子依达沟突发84万立方米的大型泥石流，长125米的利子依达铁路大桥高15米的1号、2号桥墩被汹涌的泥石流冲毁，两孔桥梁连同桥墩一道被折断。1时41分，格里坪开往成都的442次旅客列车由双机牵引从尼日车站开出，沿着坡道向着紧连断桥的奶奶包隧道奔驰。列车驶进隧道后曲线运行，1时46分，接近洞口20米，离断桥70米时，司机王明儒在泼洒的暴雨中突然发现险情，立即采取紧急制动措施，用生命中最后的几秒拉下了关键的死闸和汽笛。英勇的司机随机车一起滑坠到断桥下面汹涌奔腾的泥石流里，壮烈牺牲。第二台机车、行李邮政车、11号硬座车厢也随着惯性相继坠入河中。后面的10号和9号车厢翻落在桥下的护坡上，8号车厢在隧道内出轨，7号至1号车厢安然停下。事故造成车上130人死亡，146人受伤，是中国铁路史上空前惨烈的事故。当泥石流涌出沟口后，又冲过大渡河，直捣对岸。在几分钟之内就将宽达120米、最深处达13米的汹涌澎湃的大渡河拦腰截断，高26米的堵河坝体4小时后溃塌，大渡河上下两岸遭到了劫掠，沿河公路交通被阻断半年之久。滑坡演化为泥石流泥石流作为一种地质灾害现象，是工程地质学的研究对象之一，同时具有水文学、流变学、水土保持学、地貌学、工程学、环境学及灾害学等属性。水文学者认为，泥石流是比洪水密度大得多的特殊洪流；流变学者认为，泥石流是一种多相流体；水土保持学者认为，泥石流是水土流失的一种特殊形式；地貌学者认为，泥石流是塑造地表形态的一种造貌过程；工程学者认为，泥石流是一种不良物理地质现象；环境学者认为，泥石流是一种破坏环境的因素；灾害学者认为，泥石流是一种山地地质洪流灾害。2我国泥石流分布我国泥石流分布受地质构造、地貌和气候的控制，决定的泥石流活动及其灾害具有以下分布规律：其一为沿断裂构造带密集分布；其二在地震活动带成群分布，主要分布于烈度Ⅶ级以上地震区；其三分布在深切的中、高山区，尤其第二与第三级阶梯间的过渡地带，普遍有泥石流发育。常出现在海拔800～2500m，坡面25°～35°，沟床比降100‰～400‰，集水面积0.6～50km2的地区。泥石流灾害频次具有周期性这与气象等的周期性有一定的内在联系泥石流灾害有越演越烈的趋势这与气候变暖、人类活动增强有一定的内在联系3泥石流分类泥石流流域形态分类泥石流成因分类泥石流体的物质组成分类泥石流流体性质分类按泥石流流域形态分类

标准型泥石流：为典型的泥石流，流域呈扇形，流域面积较大，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，其形成区多为河流上游的沟谷，固体物质来源分散，沟谷中有时常年有水，故水资源丰富，流通区与堆积区往往不能明显分出。

山坡型泥石流：流域呈斗状，面积一般小于1平方千米，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。按泥石流成因分类：按泥石流体的物质组成分类：泥石流：这是由浆体和石块共同组成的特殊流体，固体成分从粒径小于0.005毫米的粘土、粉砂到几米至10-20米的大漂砾。它的级配范围之大是其它类型的夹沙水流所无法比较的。这类泥石流在我国山区的分布范围比较广泛，对山区的经济建设和国防建设危害十分严重。泥流：是指主要发育在我国黄土高原地区，以细粒泥石流为主要固体成分的泥质流。泥流中粘粒含量大于石质山区泥石流，粘粒重量比可达15%以上。泥流含多少量碎石、岩屑，粘度大，呈稠泥状，结构比泥石流更为明显。我国黄河中游地区干流和支流中的泥沙，大多来自这些泥流沟。水石流：是指发育在大理岩、白云岩、石灰岩、砂岩、砾岩或局部花岗岩山区，由水和粗砂、砾石、大漂砾组成的特殊流体，粘粒含量小于泥石流和泥流。水石流的性质和形成，类似山洪。泥石流水石流按泥石流流体性质分类：粘性泥石流：指呈层流状态，固体和液体物质作整体运动，无垂直交换的高容重〔1.6—2.3吨/立方米〕浓稠浆体。承浮和托悬力大，能使比重大于浆体的巨大石块或漂砾呈悬移状〔在特殊情况下，人体也可被托浮悬移，1939年7月四川汉源流沙河泥石流，将一位老太婆浮运1.3公里〕，有时滚动，流体阵性明显，有堵塞、断流和浪头现象；流体直进性强，转向性弱、遇弯道爬高明显，沿程渗漏不明显。沉积后呈舌状堆积，剖面中一次沉积物的层次不明显，但各层之间层次清楚；沉积物分选性差，渗水性弱，洪水后不易干涸。稀性泥石流：指呈紊流状态，固液两相作不等速运动，有垂直交换，石块在其中作翻滚或跃移前进的低容重〔1.2—1.8吨/立方米〕泥浆体。浆体混浊，阵性不明显，与含沙水流性质近似，有股流及散流现象。水与浆体沿程易渗漏、散失。沉积后呈垄岗状或扇状，洪水后即可干涸通行，沉积物呈松散状，有分选性。以上是我国常见的四种分类方案。除此之外，还有：

按水源类型划分为：降雨型、冰川型、溃坝型；按地形形态划分为：沟谷型、坡面型；按泥石流沟的发育阶段划分为：开展期泥石流、旺盛期泥石流、衰退期泥石流、停歇期泥石流；按泥石流的固体物质来源划分为：滑坡泥石流、崩塌泥石流、沟床侵蚀泥石流、坡面侵蚀泥石流等等。滑坡型泥石流较常见，是一种特殊的能量转换体运动类型。它是在很短时间内，由滑坡体的位能快速转化为动能的一次性滑动—流动—堆积。滑坡型泥石流的活动是由块体在整个连续运动过程中开展的两个阶段(先滑坡，后泥石流)组成。4泥石流识别现代泥石流容易识别，古代泥石流呢？特殊的地貌土包块石结构2003年巴东三中滑坡4.1泥石流结构特征泥石流沉积有大小混杂、泥砾、漂砾、擦痕、磨光面、磨圆度差等现象泥石流沉积构造〔宏观标志〕：稀性泥石流：石线构造、叠瓦构造、砾石支撑-叠置构造粘性泥石流：环状流线构造、反正粒级层理-混杂构造、底泥-混杂构造、楔状尖灭构造、荷载构造、大块石泥质支撑结构、袋状构造泥石流堆积与崩塌堆积、河道堆积、冰碛〔qi〕不同。可从堆积物结构构造、地貌形态及堆积环境等角度进行鉴别。锥形堆积体：在山区陡坡段〔坡度大于30°〕坡面上，松散堆积物在强降雨条件下形成泥石流，堆积在坡麓，形成泥石流锥体扇形堆积体：较大规模泥石流堆积在泥石流沟出口平缓开阔地带，呈扇形4.3泥石流堆积与冰碛的鉴别沉积构造角度鉴别:1〕是否存在流动型各种构造是冰碛和泥石流堆积最主要的区别，冰碛中不存在任何类型的流动构造；2〕冰碛的沉积构造主要是以冰川固体性质有关的，如倾斜层构造、带状构造等同生构造和与推挤有关的各种次生构造；流动的泥石流内部存在着差异性运动，碎屑可以左、右、上、下交叉混合，不会形成带状构造；3〕泥石流中所发现的圆度较好的土类泥球〔泥球构造〕在冰碛中是没有的，在冰川强有力的推挤下任何土类都会被压碎；4〕冰川沉积存在沉积旋回，但泥石流沉积旋回更为发育，泥石流频率比冰川进退频率高得多。泥石流旋回是通过冲刷砾石层、底泥层反映出来的，是特有的。地形地貌及环境角度鉴别:泥石流切割强烈的地貌，不同的气候环境，更多的是热带亚热带冰川高原地貌，寒冷的气候U形谷，冰斗，羊背石，冰臼等标志性地貌。植被〔化石〕类型不同5泥石流的形成条件地形条件形成区流通区堆积区地质条件丰富的物源气象条件强烈的地表径流泥石流形成条件地形条件泥石流形成区：多为三面环山,一面出口的半园形开阔地带,周围山坡陡峭,多为30—60度的陡坡.

泥石流流通区：是泥石流通搬运的地段,多为狭窄而深切的峡谷和冲沟,谷壁陡峭而纵坡降较大,且多陡坎和跌水.

泥石流堆积区：泥石流物质的停留场所,一般位于山口或山间盆地边缘,地形平缓.地质条件泥石流活动强烈的山区，都是地质构造复杂，岩石风化碎裂，新构造运动活泼，地震频发，崩滑灾害丛生的地段。泥石流形成的最重要条件是大量易于被水流冲刷的疏散土石堆积物。气象条件泥石流的动力条件——地表径流是与气象紧密相关的，它来源与暴雨，冰雪融化和水体溃决等。暴雨型泥石流此类型的泥石流发生最为普遍。暴雨是诱发泥石流的重要因素。但凡山高坡陡，沟壑纵横，植被较差、土层薄，没有高大森林，也没有灌木丛林的山地；当遇有暴雨或大暴雨时，最容易发生泥石流。据福建南平地区调查，在容易发生泥石流的地形和地质条件下，24小时雨量达140毫米以上时，就有可能诱发泥石流。降水越强，出现泥石流的时机越多，灾害也越严重。当24小时雨量达300毫米以上时，会诱发形成较重和严重的泥石流。通常认为泥石流的发生与前期有较长时间的降水有关。在先有较长时间降水的情况下，由于土层含水饱和，径流系数加大，汇流时间缩短。但调查分析还认为，即使前期少雨的情况下，短时间内强集中暴雨同样也可以诱发泥石流，只是在这种情况下，暴雨的强度比前者要大。因此，汛期季节是泥石流发生的主要季节。6泥石流防治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，爆发不很频繁、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，使水土别离，稳定山坡。辅之少量拦挡、排导工程稳定局部土体，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。典型泥石流防治：1〕泥石流形成区的防治2〕泥石流流通区的防治3〕泥石流堆积区的防治4〕交通线路区的防治泥石流形成区的防治泥石流形成区是全流域防治的重点地段。一般采用植树造林和护坡草被，来加强水土保持，并修建坡面排水系统调节地表径流，以防止沟源侵蚀。采取上述措施的目的，是为了减少或消除泥石流固体物质的补给来源，以控制泥石流的爆发。泥石流流通区的防治泥石流流通区一般修筑拦挡工程。最常采用的措施是沿沟修筑一系列不高的低坝或石墙，以拦截泥石。坝高一般5m左有，坝身上应留有水孔以排泄水流。坝距:L=H/(I-I0)I0=0.093der/RH:坝高I:沟谷纵坡降I0:坝前堆积物外表坡度der:堆积物颗粒平均粒径R:水力半径 拦挡工程的作用是拦蓄泥石流固体物质，稳定沟岸崩塌及滑坡，减小泥石流冲刷和冲击力，抑制泥石流发育和爆发规模。拦挡工程通常建于泥石流形成区或形成——流通区沟谷内，其主要类型包括拦砂坝〔实体重力坝〕和格栅坝等。1〕拦砂坝〔实体重力坝〕拦砂坝是泥石流防治中的一种骨干工程，修建在泥石流形成区中下游或流通区内的永久性工程。功能：拦蓄泥砂，调节下泄泥石流的流速、流量和规模，降低其危害作用，抬高局部沟床，控制沟道侵蚀基准，形成大范围回淤，稳定沟岸及崩滑体。拦砂坝以圬工重力式结构采用得较为普遍。由预制或整体浇筑的素混凝土，砖石砌筑构成的结构物，这两种结构通常统称为圬工结构。特点：抗压强度大，而抗拉，抗剪性能较差。适用范围：圬工结构在工程中常用作以承压为主的结构构件，如拱桥的拱圈、涵洞、桥梁的重力式墩台、扩大根底及重力式挡土墙等。圬工重力式结构2〕格栅坝格栅坝是用于稀性泥石流和水石流防治的一种工程结构。它能拦蓄泥石流中粗大颗粒，排走泥沙、细砾和流体中的自由水，使进入坝库的泥石流很快被疏干，到达水土别离。泥石流停淤固结之后，格栅和坝体受力减小，平安性增加。格栅坝最适合于拦蓄含巨石、大漂砾的水石流、稀性泥石流和挟带大量推移质的高含沙洪水，也可布置在粘性泥石流与洪水相间出现的沟道；而不适用于拦蓄崩滑体和间发性粘性泥石流。泥石流堆积区的防治泥石流堆积区一般采用排导措施，以保护附近的居民点、工矿企业、农田及交通线路。主要的排导工程是泄洪道和导流堤。泄洪道：能起到顺畅排泄泥石流的作用，使之在远离保护区停积下来。导流堤：能起到引导泥石流转向作用，必须修筑于出山口处，以确保被保护对象的平安。这种措施还要有适宜的停积场地与之配套。交通线路区的防治为了确保交通线路的平安，还需采取一些行之有效的专门防治措施。如跨越泥石流的桥梁、涵洞，穿越泥石流的护路明洞、护路廊道、隧道、渡槽等防护工程。泥石流渡槽泥石流渡槽通常建于泥石流沟流通段或流通——堆积段，与铁路、公路、水渠、管道或其它线形设施立体交叉。泥石流通过上面的渡槽以急流形式通过，流速及输移效率较高，是泥石流灾害防治常采用的一种排导工程。渡槽使用条件：泥石流爆发较为频繁，高含沙水流水交替出现，有冲刷条件的沟道。泥石流最大流量不超过200m3/s，其中固体物粒径最大不超过1.5m的中小型泥石流。具有足够的地形高差，满足线路设施立体交叉净空的要求。进出口顺畅，根底有足够的承载力并具有较高的抗冲刷能力。沟道迁徙无常，冲淤变化急剧，流量、容重和固体物粒径变幅很大的高粘性泥石流和含巨大漂砾的水石流那么不宜采用或慎用。成昆铁路上最大的勒古洛夺泥石流导槽仅此工程假设按2005的工程造价约可拉动数亿元的GDP明洞工程泥石流明洞与渡槽类似，往往当渡槽的宽度超过它的跨度后，就被称为明洞。明洞顶上一般都有1米以上的土层覆盖，故保持了沟床的自然形态。排泄的最大泥石流流量及漂砾直径均大于渡槽。

明洞的适用条件:泥石流规模大，流体中含有大石块较多的沟谷，当沟口高差满足线路净高要求时，可采用明洞排泄。泥石流沟床纵坡很大，修建渡槽又在构造上有困难，亦可采用明洞。线路在堆积扇底下穿过，标高又略低于洞顶，且泥石流淤积、漫流不很严重〔或可控制〕，还可明挖施工者，应采用潜埋明洞。线路经过流通区沟底穿过，假设能满足洞顶标高要求，又可明挖施工者，可在流通区范围内采用明洞通过，这样可以缩短两端隧道长度。泥石流灾害的预测预报泥石流形成的影响因素很多，它的形成机理与过程复杂，目前对灾害形成的机理的认识仍不明确，从而还不能建立基于形成机理的预测预报模型，这是影响灾害观测精度的瓶颈。在今后加强泥石流形成规律的同时，尽可能地利用现有可获取的信息，提取区域和单点灾害发生的关键因素，建立间接的区域和单点预报模型，尽可能地提高预报精度。加强山区基层的灾害监测预警能力，特别是进一步加强群测群防的能力建设。进行全国性的灾害详查，确定危险范围与危险度。对危险区域及时采取治理与防护措施。将不便治理的危险区域中的人，迁往平安地带。在工程治理中，注重采用生态工程措施，特