泥石流地质灾害机理及治理设计实例(图文并茂 原创)

泥石流地质灾害机理及治理设计 （图文并茂 原创）
内容
• 泥石流的定义与工程分类 • 泥石流防治工程设计标准 • 泥石流的设计参数计算 • 泥石流防治方案 • 泥石流防治措施 • 泥石流防治工程设计 • 泥石流防治工程实例
泥石流的定义与工程分类
泥石流：
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， 泥石流的发生是必然的，可以说它是山地环 境的一部分。
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
洪水流量全部换算为泥石流流量，计算公式如下：
Qc=Q（1+φ）D
（2）
式中：Qc——设计泥石流峰值流量（m3/s）； φ——泥石流修正系数，φ=（rc-rw）/（rs-rc）； rc——泥石流容重（t/m3）； rw——水容重（t/m3）； rs——泥沙比重（t/m3）； D——泥石流堵塞系数。
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 作出决定。 1．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 谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。 2．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 外，能保证拦砂坝自身的安全。 3．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 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。
泥石流灾害防治工程设计的基本原则
➢ 实事求是 ➢ 以防为主，防治结合 ➢ 因害设防，突出重点 ➢ 因地制宜
泥石流防治的方案：
➢ 综合防治方案 ➢ 以拦挡为主 的方案 ➢ 以排为主的防治方案 ➢ 以生物工程为主的方案
综合防治方案：
▪以小流域为单元， 全面规划，综合治理 ▪ 工程措施、生物措施、预警报、管理措 施等结合使用 ▪ 多种防治建筑物联合使用 ▪ 灾害治理与发展经济相结合
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， 坝基为基岩或密实的沉积物。 2．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 肩高度能满足坝高与库容要求。 3．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 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。
拦砂坝的种类
o 重力式 o 格栅式 o 柔性 o 桩林
泥石流拦砂坝（重力式）的特点：
o作用 拦截泥沙、排水，水土分离 固定沟床、稳定沟坡 坝后淤积泥沙反压滑坡
o 结构 坝体上游边坡比 1:0.5~0.7 坝体下游边坡比 1: 0 ~0.2 坝体上设有排水孔 一般不专门设溢洪道
o消能 软基消能
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70.000
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0.0 625
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C15
Ground
1500
15800
3000 4000
29900
A-A Cross section
6000
拦砂坝的布置
（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
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（1/2000～1/10000），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可 考虑如下条件。 1．地质条件
13 14 12 11
15 5
4 3
2 1 $ 1286.4
N
17 16
石湖根
番字牌
18
10 9 7
6 8
0 250 500(m)
图例
31
9
2
10
3
11
4
12
5
13
6
14
7
15
8
16
XX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
泥石流灾害：
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 灾害。
泥石流的定义：
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。
泥石流的形成条件：
地形条件 固体物质 条件 水源条件
陡峻的地形 丰富的松散固体物质 充沛的水源
泥石流工程分类：
高频率泥石流沟谷Ⅰ 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
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XX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。
根据野外调查资料确定容重
泥石流流量形态调查法采用下式进行计算，
Qc= Ac· Vc
式中，Qc 为泥石流流量（m3/s）；Ac 为调查断面 的泥石流过流面积（m2）；Vc为泥石流流速（m/s）。
重力式拦砂坝的设计
（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、
淤积物压力、泥石流体压力、地基反力、扬压力、地震力和 泥石流冲击力等）。
1．坝体自重 2．水平水压力 3．淤积物垂直压力 4．泥石流体水平压力 5 ．扬压力 6．地震力 7．泥石流冲击力
XX沟流域及泥石流治理工程布置图
Vs = Cv Vc = Vc（rc-rw）/（rs-rw）
式中：Vs——通过计算断面固体物质实体总量（m3）； Vc——泥石流径流量（m3）； rc——泥石流容重（t/m3）； rw——水容重（t/m3）； rs——泥沙比重（t/m3）。
泥石流防治工程方案设计
基本思想：
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 律，采取必要的工程手段，最大限度地减 轻泥石流灾害。
（2）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
中上部发展水源涵养林680hm2，中下部营造水土保持林370 hm2，水土保持薪炭林 150hm2，水土保持经济林76 hm2，经济林17 hm2，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 失，稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。 （3）预警报工程设计方案
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 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 体积，
c = Wc/Vc 式中：c为泥石流容重（t/m3）；Wc为泥石流的重量（t）；Vc
为泥石流的体积（m3）。 一般每个样品体积不应小于0.005m3,或重量不少于10kg。
低频率泥石流沟谷Ⅱ 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
发生时“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 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 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 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“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 坡度小于4%。
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 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。 （4）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 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。
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 次泥石流径流量按下式计算:
Vc=19 T Qc / 72 式中：Vc——泥石流径流量（m3）；
Qc——设计
泥石流输送固体物质量计算
一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算：
形态调查法
根据野外调查 泥石流的痕迹， 测量泥位高和过 流断面面积，计 算平均流速和流 量，再根据其发 生时间确定经验 频率。
配方法 （清水配方法）
山洪流量计算
根据《中小流域暴雨洪水计算手册》提供的暴雨资料， 计算设计暴雨并推求山洪设计洪峰流量。
Q=0.278ψ(s/τn)F
Q — 设计洪峰流量（m3/s）； ψ— 洪峰径流系数； τ— 汇流时间（h）； n — 暴雨衰减指数； s — 暴雨雨力（mm/h）； F — 流域面积（km2）。
塌。泥石流爆发雨强小于2～4mm/10min。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 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 疏草丛。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度大于4%。
以排为主的防治方案
主要工程措施：排导槽、小型拦挡坝、渡槽 要 点： 排导槽、渡槽平面和纵断面的
合理布置 在排导槽、渡槽的上游布置少 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 • 主要防治建筑物
泥石流防治措施
主要泥石流泥石流防治建筑物
▪ 拦砂坝 ▪ 谷坊 ▪ 排导槽 ▪ 渡槽 ▪ 停淤场 ▪ 明洞
2.2 原有工程存在的的主要问题
（1）拦沙坝群库容已满，拦蓄能力消失。