泥石流工程地质

同时，小江流域亦是金沙江干热河谷地区的典型代表。这里荒漠化严 重，水土流失剧烈，生态环境极为脆弱，致使我国著名铜都东川市至今仍 是国家级贫困市，并且大量泥沙涌入金沙江（据估算每年约4000万吨）， 对长江中上游水能资源梯级开发及长江防洪等构成重大隐患。因此，小江 流域亦是荒漠化和水土流失治理，退化生态环境恢复重建试验示范研究的 理想场所。
四.植被因素
植被的大面积被破坏，特别是森林 的大量砍伐，使得山地地表裸露。 在降水过程中，雨滴直接打击地表 ，地表土壤受到雨滴击溅，土壤结构遭 到破坏，降水的下渗速度降低，地表产 流过程加快。 在失去了植被截留和阻滞后，地表 径流水层很快增厚，在山坡上加速流动 。流动过程中流速加快，冲刷力增强， 抗蚀力严重降低的土壤受到严重的冲刷 侵蚀，而被径流带到沟谷中去。 冲刷过程不仅使细粒物质被带下， 粗颗粒物质及大小石块也被坡面径流夹 裹到沟道中。
水 卡 子 村 损 毁 严 重 的 民 房
二. 泥石流的危害
严重地制约着山区开发建设、脱贫致富与国民经济的持 续健康发展，并导致土地砂石化（荒漠化）程度加快，水土 流失加剧和生态环境退化等殃及子孙后代的诸多严重问题。
具体表现在如下四个方面：
1、对居民点的危害：泥石流最常见的危害之一是冲进乡 村、城镇，摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所、设施 。淹没人畜，毁坏土地，甚至造成村毁人亡的灾难。
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。
一.泥石流概况
世界: 有60多个国家不同程度地遭受泥石流灾害，主要是中国、苏联、美国、 智利、秘鲁、奥地利、意大利、尼泊尔、巴基斯坦和日本等。阿尔卑斯山 、比利牛斯山脉、亚平宁山脉、喀尔巴阡山脉和高加索山脉,太平洋沿岸, 日本山地和安纳托里亚西部山地 中国: 据不完全统计，有泥石流沟5万多条，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。 每年造成的经济损失高达 20 亿元，死亡人数约 500 名。中国有70 多座 县城，诸多交通干线，许多工矿民居等受到泥石流的潜在威胁。
每一处泥石流自成 一个流域，可划分为 形成区、流通区和堆 积区。
(1) 形成区 位于多为三面环山 ,一面出口的半圆形宽阔地段，周围坡陡峻（大多 30-60°），沟谷纵坡降可达300以上。斜坡上崩塌、滑坡发育，无植被 覆盖，形成区的面积面积大者可达数平方公里至数十平方公里，愈大、 坡面愈多、山坡愈陡、沟壑密度愈大，则泥石流集流快、规模大，且迅 猛强烈。 (2)流通区 多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，纵坡降较大，极强的冲刷能力，将 冲刷下来的土石携走。流通区纵坡的陡缓、曲直和长短，对泥石流的 强度有很大影响，当顺直时，流途通畅，能量大，反之，易堵塞停积 或改道，削弱能量。
第九章 泥石流工程地质研究
第一节 概述
泥石流（debris flow, mud-rock flow)
又称山洪泥流，是发生在山区的一种 含有大量泥砂、石块的暂时性急水流。 它与一般山洪活动的根本区别是
由固体和液体（即土石和水）两相物
质组成的流体，其中固体物质的含量 有时可超过水体量。 它的特点是在一个地段上往往突
７月１１日，４名上海旅客在１名成都某旅行社工作人员陪同下 来到丹巴。晚１０时，这个县巴底乡水卡子村个体经营的“休闲山 庄”为他们举办歌舞晚会，有６０多名村民到场。人们万万没想到 ，１０时３０分，一场泥石流从天而降，现场只有１０多人侥幸逃 出。另有71人被困。
丹巴泥石流属于暴雨泥石流，主要是局部大暴雨诱发的。邛山沟地 处大渡河流域的川西高山高原峡谷区，地形高差近３０００米，河床陡。 上个世纪６０年代这里森林采伐后，植被被破坏、地表裸露，加之处于 干旱区，全年平均降雨量约为５６３毫米，岩石风化严重，地质结构松 散，断裂带多。一旦局部暴雨来临，日降雨量达到５０毫米左右，就会 导致泥石流爆发。
蒋家沟是小江流域内最具代表性的一条泥石流沟，流域面 积48.6平方公里，主沟长13.9公里，海拔1042-3269米。植被稀 少，崩塌、滑坡发育，可移动固体物质储量极丰，地形陡峻， 降雨充沛（年降雨量为7001200mm），并集中于雨季（6-9 月），导致泥石流频法，屡屡成灾，仅1919-1968年的地50年间， 就曾7次堵断小江（最长的一次达6个月之久）。 据观测，平均每年发生泥石流15场左右，最多的一年达28 场（如此高频率的泥石流，属国内外罕见）；泥石流大多为阵 流，异常泥石流有几十阵至几百阵，历时3-4小时，甚至数十 小时；最大流量2820立方米/秒（相当于小江洪峰流量的5倍）， 最大流速15米/秒，最大泥深5.5米，最高容重2.37吨/立方米， 最大输沙率6079吨/秒，最多一次固体径流总量约200万立方米。 蒋家沟泥石流流态多样，过程完整，类型齐全，是世界上难得 的天然泥石流观测实验研究最理想的基地。
在第一阶梯内青藏高原山区，物源条件充足，但因水源条件不充分，暴雨强 度和总量均较低，故属于泥石流轻度易发区。 在第三阶梯内的山区，暴雨形成强度和总量均较大，但地表植被好，物源条 件不很稳定，故为暴雨泥石流中度易发区。
中国 泥石 主要受纬向因素决定，大体可分为三区 流易 秦岭以南广大山地，属湿润高中山区，地形差异大，雨量丰沛、物源丰富， 故为暴雨泥石流极易发区。 发分 区
秦岭以北、阴山以南的第二阶梯中部地区，属半干旱、半湿润地区，有大片 黄土和部分沙漠覆盖，物源丰富，暴雨强度大而总量不足，是暴雨泥石流的 极易发区和中等易发区相间的过度区。 广大的新疆，内蒙及甘、宁一部分等第二阶梯的北部，属半干旱和干旱的高 中山区，有大片沙漠、黄土、戈壁，植被稀少，物源丰富而水源不足，故为 泥石流轻度易发区。
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，使地表滑动力和内水压力加大，又遇突发性强暴雨，就更容易 发生泥石流。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。
泥石流的分布，受山地环境制约，具有明显的区域性 规律。 中国泥石流的密集地带，是从青藏高原西端的帕米尔 高原向东延伸，经喜马拉雅山区，穿越波密——察隅山地 向东南呈弧形扩展，经滇西北和川西的横断山区折向东北 ，沿乌蒙山，北转大凉山、邛崃山过秦岭东折，沿黄土高 原东南部及太行山、燕山，至辽西、辽东及长白山地。 在地质上近期构造活动强烈、复杂，地震频繁而强度大 ，崩滑现象发育； 在地势上是我国台阶式地形转折最明显之处，地面高差 悬殊、起伏大； 在气候上是湿热的西南季风和东南季风向北、西方向推 进，迂地形升高而易成灾害暴雨的地带，降水历时短，强 度大。
(3)堆积区 为泥石泥物质的停积场所。位于山口外或山间盆地的边缘，地形较平 缓。形成扇形、锥形或带形的堆积体。典型的地貌形态为洪积扇，呈垄 岗起伏、坎坷不平，大小石块混杂。 由于泥石流流域具体的地形地貌条件不同，有些泥石流流域，上述三 个区段不可能明显分开。
二、地质条件
决定了松散固体物质的来源。 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,为泥石流形成提供了丰富的物质基础。 在形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物，它们的 粒度成分相关悬殊，大者为数十至上百立方米的巨大漂砾，小者为细砂 、粘粒，互相混杂。一旦湿化饱水后，则会崩解、软化，易于坍垮而被 冲刷。因此，在泥石流形成区，最常见的岩层是片岩、千枚岩、板岩、 泥质岩、凝灰岩等软弱岩层。 对于在植被不发育，岩石物理风化作用强烈，也能成为泥石流提供 固体物质来源。粒度成分相关悬殊，大者为数十至上百立方米的巨大漂 砾，小者为细砂、粘粒，互相混杂。一旦湿化饱水后，则会崩解、软化 ，易于坍垮而被冲刷。因此，在泥石流形成区，最常见的岩层是片岩、 千枚岩、板岩、泥质岩、凝灰岩等软弱岩层。
侏罗系红层中发育的侵蚀 地貌类型(土林)
山坡残积物侵蚀土柱
三、气象水文条件
地表径流是暴发泥石流的动力条件。其来源于：暴雨、高山冰雪强烈 融化和水体溃决等。 泥石流发生有一定的地区性和时间性。在时间上：多发生在降雨集中 的雨季或高山冰雪强烈消融季节。
（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，出现泥石流的机会越多，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。泥石流并不一定在一次暴雨过程结束以 后才发生，而往往在暴雨过程中由于短时间内强集中降水诱发形成。当日雨量达140毫米以上的 暴雨过程中，如若出现1小时、3小时和6小时最大降水分别为40毫米，80毫米和100毫米以上就 会诱发泥石流发生。而当日雨量达300毫米以上时，若出现1小时、3小时和6小时最大降水量分 别为60毫米、100毫米和200毫米以上，会诱发形成较重或严重的泥石流。）
在第二阶梯内山区，
实
例
2003年7月11日22时，四川省甘孜藏族自治州丹巴县发生 特大泥石流灾害，造成51人死亡，另有71人被困。这是灾情 最严重的水卡子村损毁严重的民房。 丹巴位于四川甘孜藏族 自治州东部，拥有独特 雄奇的峡谷风光和绚丽 多姿的民族文化，尤其 是从唐代至清代修建的 大量石碉，直插云霄， 丹巴县由此被誉为 “千碉古国”。这里是 “川西黄金旅游线”上 的重要一站。
Qc =100 - 300 m3/s Qc =10 - 100 m3/s Qc < 10 m3/s
泥 石 流 活 动 强 度
特强
沟口堆积扇规模很大，大河河型变化，形成区内松散体体积大，数量多 且变形大 沟口堆积扇规模较大，大河主流偏移，形成区内松散体体积较大，数量 较多且变形较大 沟口堆积扇规模有一定发育，大河不受或少受影响，形成区内松散体体 积较小，数量不多且变形较小 沟口堆积扇不发育，大河不受影响，形成区内松散体体积小，数量少且 变形小
强
中强 弱
三.泥石流研究基地
小江，位于云贵高原北部，云南东川市，是金沙江的一级支流，全长 138.9 公里，流域面积 3043.45 平方公里。小江流域为我国乃至世界典型 暴雨泥石流区，发育有107条不同类型的泥石流沟，每年雨季都有数十条 沟爆发泥石流，对铁路、公路、东川市城区、铜矿、农田以及水利设施 等造成严重的危害和威胁，被国内外专家誉为“泥石流的天然博物馆” 。“座座山头走蛟龙（泥石流），条条沟口吹喇叭（泥石流堆积扇）” ，便是当地居民对小江泥石流生动的描述。 小江流域是泥石流研究与防治的理想基地。
ห้องสมุดไป่ตู้
2、对公路、铁路的危害：泥石流可直接埋没车站、铁路、公路、摧毁 路基、桥涵等设施，致使交通中断，还可引起、正在运行的火车、汽车 颠覆，造成重大的人身伤亡事故。有时泥石流汇入河流，引起河道大幅 度变迁，间接毁坏公路、铁路及其他构筑物，甚至迫使道路改线，造成 巨大经济损失。
• 3、对水利、水电工程的危害： 主要是冲毁水电站、引水渠道 及过沟建筑物，淤埋水电站尾 水渠，并淤积水库、磨蚀坝面 等。
• 4、对矿山的危害：主要是摧 毁矿山及其设施，淤埋矿山坑 道、伤害矿山人员、造成停工 停产，甚至使矿山报废。
泥 石 流 活 动 规 模
巨型
大型 中型 小型
泥石流输移总量：>50 万方
泥石流输移总量：20－50 万方 泥石流输移总量：2－20 万方 泥石流输移总量：<2 万方
Qc > 300 m3/s
第二节 泥石流的形成条件
降雨 流域环境
地形
植被
松散堆积物 （人为的、自然的） 分散补给 集中补给
泥 石 流 形 成 过 程 框 图
洪水汇流（QB） 河沟或坡面 QB＋QH＝QC rc＜1.3tf/m3 洪 水
泥沙汇流（QH）
rc≥1.3tf/m3 泥石流
泥石流的形成，必须具备三个基本条件：地形条件、地质条件和气象水 文条件。 一、地形条件 在陡峻的山岳地区，地表崎岖，高差悬殊，切割强烈，是泥石流分布 区的地形特征。地形高差的大小决定了势能的大小，高差越大，势能越大， 形成泥石流的动力条件越充足。当堆积于沟谷内的松散固体物质在暴雨山洪 激发下形成泥石流后，便奔腾汹涌地向下运动。运动中势能不断转化为动能 ，其运动速度很快，每秒可达数米至十多米。