第九章泥石流工程地质研究

四 、 按 泥 石 流 的 成 因 分 类
自 然 演 变 型
区域地质环境差，地表松散物稳定性较低，生态环境脆弱的某些山 区，在长期的自然演变过程中，由于水动力作用，发生的一种泥沙 （地表松散物）集中搬运现象。
人 类 不 合 理 活 动 型 混 合 型
人类活动对环境的干预所造成的负面结果，在一定条件下将形成人 为的泥石流，常见的人类不合理活动有： （1）工、矿、交通、城镇建设弃渣不当，环境意识不足，管理水 平低。 （2）切坡、陡坡开荒、过度放牧。过度砍伐森林等落后生产模式。 （3）陡坡面上植被单一，缺乏科学的多层次立体防护。
第十一章 泥石流工程地质研究
东川小江泥石流
第一节
概述
什么是泥石流？它与山洪、滑坡、崩塌 有什么区别？
泥石流 —— 是山区特有的一种自然地质现象。它
是由于降雨 ( 持续降雨、暴雨）、融雪、冰川融水等作 用下而形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的暂 时性急水流。
泥石流与一般山洪的根本区别在于：它是一种含有 大量固体物质的流体，固体物质量有时超过水体量。
沟 有明显的坡面和沟槽汇流过程，松散物主要来自坡 谷 型 面和沟槽两岸及沟床堆积物的再搬运。泥石流流动除在 泥 堆积扇上流路不确定外，在山口以上基本上集中归槽。 石 流
坡面型泥石流
沟谷型泥石流
沟谷型泥石流
含有大量细粒粘土物质，固体物质含量占40%～60%，
三 、 按 泥 石 流 流 体 性 质 分 类
冲毁房屋
舟曲特大泥石流灾害
2010年8月7日22时许，甘南藏族自治州舟
曲县突降强降雨，县城北面的罗家峪、三
眼峪泥石流下泄，由北向南冲向县城，造
成沿河房屋被冲毁，泥石流阻断白龙江、
形成堰塞湖。
14
2006年2月17发生在菲律宾中东部莱特省的泥 石流摧毁了两座村庄，导致2000人丧生。
2009年8月莫拉克台风造 成台湾小林村遭泥石流 “灭村” ，398人被活埋

自然演变
＋ 人类不合理活动
按一次暴发规模分类
分类指标 特大型 大型 中型 小型
一次堆积总量 （104m3）
泥石流洪峰量 （m3/s）
>100
10～100
1～10
<1
>200
100～200
50～100
<50
按暴发频率分类

高频泥石流（一年多次至1次/ 5年） 中频泥石流（1次/5年～20年） 低频泥石流（1次/20年～50年） 极低频泥石流（1次/50年以上）
1984年7月18日
泻入白龙江形成堵江“坝”，30分钟 后坝体溃决，形成强大的洪水、泥石 四川南坪关高沟 流，使南坪县城2700余间房屋被冲毁、 泥石流 淤埋，25人丧生，经济损失1500万元 以上
第二节
泥石流的形成条件
泥石流的形成条件
地 形 条 件 地 质 条 件
气象 水文 条件
有便于集水、集物、运动的适当地形；上游堆积有丰富 的松散固体物质；短期内有突然性的大量水的来源，此三 方面缺一便不能形成泥石流。
第三节
泥石流的特征
泥石流的密度 泥石流的结构
泥石流的流态
泥石流的直进性
泥石流的脉动性
一、泥石流的密度
泥石流中含有大量的固体物质，密 度较大，达1.2～2.4 t/m3。 泥石流中固体物质百分含量越高和 细颗粒成分越多，则泥石流密度越大。 密度越大，浮托力越大，搬运能力 越强，破坏力越大。
二、泥石流的结构
一．地形条件
每一处泥石流 自成一个流域。典 型的泥石流流域， 从上游到下游可分 为 3 个区：泥石流 的形成区、流通区 和堆积区。
形成区 流通区
堆积区
22
总体地形特征——山高沟深，地势
陡峻，沟床纵坡降大，流域的形状便于水 流和松散固体物质的汇集和运移。
(1)上游形成区的地形多为三面环山一面出口的地形， 周围山高坡陡，山体破碎，植被生长不良。这样的地形有 利于水和碎屑物质的集中。 (2)中游流通区的地形多为狭窄、陡深的峡谷、冲沟， 谷（沟）床纵坡降大，使泥石流得以迅猛直泻，具有极强 的冲刷能力。 (3)下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶 地，使碎屑物质有堆积的场所。呈扇川县
因特大暴雨发生 泥石流灾害，北 川老县城部分区 域被泥石流吞没，
老县城多数低层
建筑被淹埋在泥 沙之中。死亡42 人。
泥石流的危害
泥石流对①居民点；②公路、铁路、桥梁；③水利、水 电工程；④矿山；⑤环境等造成不同程度的危害。
冲毁桥梁
1981年7月9日凌晨1时30分,四川甘洛县利子依达沟泥石流，流速高达每 秒13.2m，含直径8m以上的巨型块石，冲毁利子依达沟铁路大桥，使422 次旅客列车颠覆，列车车头和前几节车厢翻入大渡河，近300人遇难。
Vd K H
2/3
I
1/ 5
四、泥石流的直进性
泥石流携带大量的固体物质，在流途上 遇沟谷转弯处或障碍物时，受阻而将部分物 质堆积下来，使沟床迅速抬高，产生弯道超 高或爬高，猛烈冲击而越过沟岸或摧毁障碍 物，甚至直接截弯取直，冲出新道而向下游 奔泄。即泥石流的直进性。
一般泥石流越稠，直进性越强，冲 击力越大。
23
24
25
流 通 区
26
堆
积
区
二．地质条件
(1) 地质构造：地质构造复杂，断层、褶皱发育， 新构造活动强烈，地震烈度较高的地区，一般对泥石流 的形成有利。由于这些因素导致地表岩层破碎，滑坡、 崩塌等不良地质现象发育，为泥石流的形成提供了丰富 的固体物质来源。 (2) 岩性：结构疏松软弱、易于风化、节理发育的 岩层，或软硬相间的层状岩体，易遭受破坏，碎屑物质 来源丰富。高频率的泥石流往往集中在板岩、片岩、片 麻岩、混合花岗岩、千枚岩等变质岩系及泥岩、页岩、 泥灰岩、煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布区。
五、泥石流的脉动性
由于泥石流具有宾汉体的性质和运动的阻塞特 性，故流动不均匀,往往形成阵流——脉动性。
一 、 按 泥 石 流 流 体 中 的 物 质 组 成 分 类
第四节
泥石流的分类（类型）
泥 密度rc≥1.6 t/m3 。泥沙粒径主要由均匀的粉粒级以下物 水 质组成，多为非牛顿体。有浓泥浆残留，沟槽坡度较缓，多 流 型 集中分布在黄土及火山灰地区。 水 密度rc＜1.3 t/m3 。粉粒及粘粒含量极少，以沙、块石为 石 主，为牛顿体，表面较干净，无泥浆残留，沟槽坡度较陡， 流 多见于火成岩及碳酸盐岩地区。 型
dV d d l dy
2

2
2、扰动流——粘性泥石流常见流态 流变方程以宾汉方程为基础
dV d m dV d K 0 K w d d K c l dy dy

2
3、蠕动流（似层流）
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。
dVd dVd K 0 d d dy dy
随着泥石流沟床条件的变化，流态是可以相 互转化的。
泥石流的流速Vd
多采用半理论、半经验计算公式，但都有一定 的地区性和局限性。
①铁一院推荐的稀性泥石流流速计算式 ：
Vd
1.53

R
2/3 d
I
3/8
②陈光曦等根据东川几条典型粘性泥石流沟的观测资料等，推 荐粘性泥石流流速计算公式：



（4）流通区的沟床纵横坡度、跌水、急弯等特征。 查明沟床两侧山坡
坡度、稳定程度，沟床的冲淤变化和泥石流的痕迹。
泥石流的具体调查内容（续）

（5）堆积区的分布范围，表面形态、纵坡、植被、沟道变迁和
冲淤情况；查明堆积物的性质、层次、厚度、最大粒径、一般粒
径以及分布规律。判断堆积区的形成历史、估算一次最大堆积量。
崩塌、滑坡运动过程中水量很少，如果崩塌或滑坡 体遭遇强暴雨，在地形条件有利时可形成泥石流。
泥石流常常具有暴发突然、历时短暂、来势凶猛、 迅速之特点。并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的多重作用， 其危害程度往往比单一的滑坡、崩塌和山洪的危害更为
广泛和严重。是山区最严重的自然灾害之一。
泥石流经常发生在峡谷地区和地震、火山多发区，在 暴雨期具有群发性。 世界上有近50多个国家存在泥石流的潜在威胁。其中 比较严重的有秘鲁、哥伦比亚、瑞士、中国、日本。

（6）泥石流沟谷的历史，历次泥石流的发生时间、规模、形成
过程、爆发前的降雨情况和爆发后产生的灾害情况，并研究泥石
流爆发频率。

（7）开矿弃渣、修路切坡、砍伐森林、陡坡开荒及过度放牧等 人类工程活动情况。 （8）当地防治泥石流的措施和经验。
粘 最高可达80%。水和泥沙、石块凝聚成一个粘稠的整体， 性 泥 具有很大的粘性。密度大（1.6 ～ 2.4 t/m3），浮托力 石 流 强。流经弯道时，有明显的爬高和截弯取直作用。
稀 水是主要成分，固体物质含量占10%～40%，且细粒 性 泥 物质少。运动过程中，泥浆速度远远大于石块的运动速 石 流 度，石块以滚动或跃移方式下泄。
补充：泥石流的调查
泥石流调查应以地面调查为主，辅以访 问、现场测试、采样室内分析、剖面研究和 泥石流沟谷断面测量等方法，收集地形地貌、 地质、水文气象、植被、泥石流发育特征、 运动特征和堆积特征等实物资料，为泥石流
的发育历史、暴发规模、危害程度的分析和
防治措施的制定奠定基础。
泥石流的具体调查内容

中国，有泥石流沟1万多条，其中的大多 数分布在西藏、四川、云南、甘肃。 四川、云南多是雨水泥石流，青藏高原 则多是冰雪泥石流。

有“世界泥石流天然博物馆”之称的云南省昆明市
东川区，曾经是全国有名的“铜都”，由于长期以来对
矿产资源的掠夺性开发，使矿区植被遭到毁灭性破坏，
水土流失严重、采空区地表陷落、斜坡稳定性下降，使

（1）暴雨强度（ 24h、60min、10min ）、前期降雨量，冰雪融化
情况，地表水、地下水活动情况； （2）沟谷的地形地貌特征，包括沟谷的发育程度、切割情况、坡 度、弯曲、粗糙程度，并划分泥石流的形成区、流通区和堆积区及 圈绘整个沟谷的汇水面积。 （3）形成区的水源类型、水量、汇水条件、山坡坡度，岩层性质 及风化程度。查明断裂、滑坡、崩塌、岩堆等不良地质现象的发育 情况及可能形成泥石流固体物质的分布范围、储量。
三．气象水文条件
(1) 水是泥石流的组成部分，又是搬运介质的基本 动力。泥石流的形成是与短时间内突然性的大量水流 密切相关。突然性大量水流来源有： a)强度较大的暴雨；（最常见） b)冰川、积雪的强烈消融； c)冰川湖、高山湖、水库等的突然溃决。 (2) 水的另一作用：浸润、饱和山坡松散物质，使 其摩阻力减小，滑动力增大；以及水流对松散物质的 侧蚀、掏挖作用产生滑坡、崩塌等，增加了泥石流的 固体物质来源。
泥 密度 rc≥1.3 t/m3。介于上述二种类型之间，多为牛顿体， 石 少部分也可以是非牛顿体。表面不干净，有泥浆残留，沟槽 流 坡度较陡，广见于各类地质体及堆积体中。 型
泥水流型
水石流型
泥石流型
二 、 按 集 水 区 地 貌 特 征 分 类
坡 主要发生在30°以上的山坡坡面上，不透水层埋藏较浅，表层 面 型 有较好的植被覆盖，无沟槽水流，水动力为地下水浸泡和有压地下 泥 水作用，在同一坡面上可多处同时发生，成梳状排列，突发性强， 石 流 无固定流路，无明显流通区，规模一般较小。
本来很严重的滑坡、泥石流等地质灾害进一步加剧。
因此，东川成为了我国乃至全世界近代泥石流最发
育的地区，其特点是密度集中、活动频繁、规模巨大。
东川小江泥石流
小江是金沙江南 岸支流,全长138.2 公里。
小 江 流 域 泥 石 流
蒋 家 沟 泥 石 流
2005-8-11泸定县磨西泥石流
2008年9月24日
泥石流流体最主 要的结构,是由石 块,砂粒和泥浆体 所共同组成的格架 结构。
据石块含量和粒径变 化分为: a星悬型 冲 击 b支承型 力 c叠臵型 增 大 d镶嵌型
a
b
c
d
三、泥石流的流态
泥石流的流态主要受水量与固体物质 的比值以及固体物质的级配所制约。
泥石流主要流态有紊动流、扰动流和蠕动流
1、紊动流——稀性泥石流的流态
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堵塞、淤埋道路
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堵塞河流
我国部分泥石流堵河阻水危害简表
时间 1919年、1937年、 1949年、1954年、 1961年、1964年、 1968年 地点 云南东川蒋家沟 危害 分别堵断小江48天、40天、30天、19 天、78天、98天、90天，堵江时农田 和公路反复被淹，加速河床淤高，洪 水、泥石流灾害逐年加重