工程地质学基础讲义第六章泥石流

暴雨、冰川、溃决 火山、破面侵蚀型、崩滑型、弃渣型
一、按照流域形态划分
➢标 准 型 泥 石流
流域呈 扇形，能明 显划分出形 成区、流通 区和堆积区。
➢河谷型泥石流 流域呈狭长条形，固体物质来源于沟谷中分散的坍滑
体，对流通区和堆积区不能明显分开。
➢坡面型泥石流 其流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直
三、泥石流的流态
泥石流流态除受沟床条件控制外，主要受水体与固体物质量 的比值以及固体物质的粒径级配所制约。泥石流主要的流态有紊 动流、扰动流和蠕动流。
紊动流是稀性泥石流所具有的流态，与挟沙水流的紊流雷动
，它的流变方程为：
d
l 2 ( dVd2 dy
)2
扰动流是粘性泥石流最常见的一种流态，它的流变方
接相连。
二、按泥石流的物质组成分类
➢ 水石流 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，堆积物常常是很大的粗碎屑物质。 ➢ 泥石流
既含有很不均一的粗碎屑成分，又含有相当多的粘 土质组粒物质，有一定的粘结性，堆积物常形成了粘 结较牢固的土石混合物。 ➢ 泥流
基本上由细碎屑和粘土物质组成，粗碎屑物含量很 少，黄土高原地区分布有此类泥石流。
五、泥石流的脉动性
一般的洪流过程线是单峰（少数为双峰）型涨落 曲线；泥石流暴发时，几乎以相等的时间间隔一阵 一阵地流动。称阵性运动或波状运动。曲线为正弦 曲线，一场泥石流出现几阵、几十阵至上百阵。
泥石流脉动性的主要原因是：一是具有宾汉体的 性质；二是具有运动的阻塞特性。
泥石流分类
• 流域形态化分： 标准型、河谷型、山坡型 • 物质组成划分： 水石流、泥石流、泥水流 • 流体性质划分： 粘性、稀性 • 按照水源物源划分
典型泥石流地形
地质条件
• 地质条件决定了松散物质的来源 • 泥石流多发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、崩滑灾害多发地段 • 堆积物成因：重力堆积、风化残积、坡积、冰水
沉积、人工弃渣、冲洪积等 • 泥石流地常见基岩：片岩、千枚岩、板岩、泥页
岩和凝灰岩等
我国地震、泥石流与火山分布
扰动性，但是在河床顺直、纵坡平缓而石块有较
小时，可谓蠕动流。
泥石流速度计算
• 多采用半理论、半经验计算公式：
Vd
1.53
Rd2 / 3
I
3/8
Vd K H 2 / 3 I 1/ 5
四、泥石流的直进性
流体携带了大量固体物质，受阻而将部分物质堆积下来 ，沟床迅速抬高，超高、爬高，猛烈冲击，截弯取直，冲 出新道而向下游奔泄。流体愈粘稠，直进性愈强，冲击力 就愈大。成昆线1981年利子依达沟泥石流，流速高达 10m/s，密度为2.35t/m3，在沟槽转弯处泥位超高4.8-5.1m 。桥头右岸地形急弯阻挡，爬高12m，为泥深的3-4倍。
二、工程措施
(1)蓄水、引水工程
包括调洪水库、截水沟和引水渠。
(2)支挡工程
有挡土墙、护坡等。
(3)拦挡工程
这类工程多布置在流通区内，主要是修建坝体，也称谷坊坝。 挡坝群是国内外广泛采用的防治工程。沿沟修筑一系列高5-10米的低坝或石 墙，坝（墙）身上应留有水孔以宣泄水流，坝顶留有溢流口可宣泄洪水。 为了防止规模巨大的泥石流破坏重要城镇或重大工程，还需修建高大的泥 石流拦挡坝。
(4)排导措施
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专项的作用，必须建筑于出山口处，以确保对象 的安全。
L H I I0
H为坝高，I为沟谷纵坡降，I0为坝前堆积物表面的坡度，
der为堆积物颗粒的平均粒径（以m为单位），R为水力
半径（以m为单位）。
泥流型
泥石流型
水石流型
三、按泥石流的流体性质分类
➢ 粘性泥石流
含有大量的细粒粘土物质，固体物质含量占40-60%，粘性很 大。它的密度大（ >1.6t/m 3 ），浮托力强。有明显的爬高和截 弯取直作用，堆积区不发生散流，堆积物无分选性，较密实。
稀性泥石流
水是主要成分，固体物质占10-40%，且细粒物质少，不能形 成粘稠的整体，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。堆积区呈扇状散流，将原来的堆积扇切割成 条条深沟。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。
粘性泥石流 稀性泥石流
泥石流防治措施
排洪： 环洪：
形成区：水土保持 护坡：沟岸衬砌、锚固、灌 浆灌浆、天沟
植被
流通区：
拦通区：拦碴重格栏力坝栏
沉积区：排导：导排导流沟堤
明洞渡槽
山内隧道方案 绕避 架桥过河走对岸方案
一、生物措施
生物措施包括恢复或培育植被，合理耕牧，维持较 优化的生态平衡。
部、西藏等省山区
青海、新疆、西藏及甘肃、宁夏两省
15
5
区的黄河以西地区
泥石流的特征
泥石流的堆积物
一、泥石流的密度
它的密度较大，达1.2-2.4t/m3。固体物质的百分含量愈高和 细颗粒成分愈多，泥石流的密度愈大。沟谷纵坡降的大小与泥 石流密度也有一定关系。如有较大的密度，它的浮托力大，搬 运能力很强，重达数百吨的巨石也能被搬出出口，泥石流能以 惊人的破坏力摧毁前进道路上的障碍物。
第六章 泥石流
提要
1. 概述 2. 泥石流形成条件 3. 泥石流的基本特征 4. 泥石流的分类 5. 泥石流的地貌作用过程 6. 泥石流危险度区划 7. 泥石流的防治
概述
• 泥石流：是发生在山区一种含有大量泥砂、 石块的暂时性湍急水流。
• 与山洪的根本区别：泥石流中固体物质含 量很大，有时可能超过水体量。
• 活动特点：在一个地段上往往突然爆发， 能量巨大，来势凶猛，历时短，复发频繁。
映秀山洪泥石流
绵竹文家沟泥石流
绵竹文家沟泥石流
8.13
泥 石 流 之 前
8.13泥石流之后
8.13泥石流之后
2010年舟曲泥石流
2010年舟曲泥石流
四川泸定杵尼乡泥石流灾害
85年，哥伦比亚的鲁伊斯火山泥石流，以50公里每小时的速度冲击了近 万平方公里的土地，其中包括城镇、农村、田地，哥伦比亚的阿美罗城
H1/6（D）
代表地区（以当地统计结果为准）
浙江、福建、台湾、广东、广西、江
40
12
西、湖南、湖北、安徽及云南西 部、西藏东南部等省山区
四川、贵州、云南东部和中部、陕西
南部、山西东部、辽东、黑龙江、
20
10
吉林、辽西、冀北部、西部等省
山区
陕西北部、甘肃、内蒙古、京郊、宁
15
6
夏、wk.baidu.com西、新疆部分、四川西北
I0
0.093 der R
泄 洪 道 与 导 流 堤
导流堤
舟曲，导流堤被堵
(5)保护交通线路的专门防治措施 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。
泥石流沟的选线方案
泥石流形成区，由于地形开阔，且坡体 极不稳定，一般不允许线路通过。 泥石流流通区通过的线路，要修建跨越 桥，此处地形狭窄，工程量较小。但因 冲刷强烈，桥梁易受毁坏。所以只有当 线路有足够的高程、沟壁又稳定的情况 下才能通过。 泥石流停积区，可有扇前绕避、扇后绕 避及扇身通过等几种方案加以比较。
程是以宾汉方程为基础的，即：
K 0
K wd
dVd dy
d
(Kcl)m
( dVd dy
)2
当粘性泥石流流速较小、流速梯度也较小、流体中
的石块移动和转动缓慢时，其流态为蠕动性流，蠕
动流是一种似层流，流线大致平行，流变方程为：
K 0
d
dVd dy
d
dVd dy
总之，稀性泥石流多呈紊动流，粘性泥石流多为
气象水文条件
• 强烈的暂时性地表径流 • 暴雨、冰雪、水体溃决 • 通常认为泥石流的发生与前期降雨有关，但
短时间内的集中强降雨也可以引发
可能发生泥石流的H24（D）、H1（D）、H1/6（D）的界限值表
年均降雨
H24（D）
﹥1 200
100
1 200～800
60
800～500
30
﹤500
25
H1（D）
二、泥石流的结构
泥石流体最主要的结构，是由石块、砂粒和泥浆体所共同 组成的格架结构。石块在浆体中可有悬浮、支撑和沉底三种状 态。并随着石块含量的增加和粒径的变化，还可分为星悬型、 支承型、叠置型和镶嵌型等四种类型。
格架结构泥石流体的强度较前两种结构要大，因而它的冲 击力也最大。尤其是镶嵌格架结构，当运动时整体性强，石块 间不会发生猛烈的撞击，普遍发生力的传递；它的冲击力特别 大，危害最为严重。
为废墟，造成2.5万人死亡，15万家畜死亡，13万人无家可归，经济损 达50亿美元。
泥石流频繁威胁我们的生产生活
二、泥石流形成条件
地形条件
• 形成区
三面环山，一面出口，周围山坡陡峻（30-60度）。
• 流通区
狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻纵坡降大。
• 堆积区
一般位于山口外或山间盆地边缘，地形较缓。