工程地质学课件--第五章---泥石流.pptx

11 概述n泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂和石块的暂时性急水流。由于它具有强大的破坏力，往往在很短暂的时间内造成工程设施、农田和生命财产的严重损失，所以是威胁山区居民生存和工农业建设的一种地质灾害。21 概述n泥石流活动过程与一般山洪活动的根本区别：流体中固体物质含量很大，有时可超过水体量。n活动特点：在一个地段上往往突然爆发，能量巨大，来势凶猛，历时短暂，复发频繁。31 概述n泥石流的地理分布广泛。据不完全统计，全世界约有近70个国家不同程度地遭受过泥石流袭击，主要分布在亚洲、欧洲和南、北美洲。我国山地面积广大，自然地理和地质条件复杂，加之几千年人文活动的影响，所以是世界上泥石流灾害最严重的国家之一。41 概述n1970年发生于秘鲁境内的一次泥石流事件，是由于火山爆发使高山上的冰雪大量急剐融化所致。它招致了5万多人死亡和80万人无家可归，破坏了若干城镇，有2万居民的云盖城全城被埋于泥石流浆体之下。5孟加拉国泥石流死n据孟加拉国当地电视台报道，孟加拉国东南部城市吉大港2007年6月11日暴雨引发泥石流，截至目前已造成76人死亡，多人失踪。n吉大港自10日晚开始普降大暴雨，目前市中心部分地区的积水已达齐腰深。吉大港是孟加拉国第二大城市，属于多山地形。61 概述n1981年7月9日利子依达沟的一次泥石流，将一列正在隧道中驶出的客车的两辆机车和前两节车厢，连同桥梁被冲入大渡河，另两节车厢颠覆于桥下，死亡275人，直接经济损失2000万元。是我国铁路史上最惨重的泥石流灾难。78n2008年11月2日凌晨2时许，由于连日暴雨，楚雄州境内发生特大泥石流事故。n从10月24日至11月2日，楚雄州出现了历史罕见的秋季连续强降雨天气过程，全州平均降雨135毫米，出现了17站次大雨，其中暴雨5站次。此次强降雨造成楚雄州双柏、禄丰、南华、武定等县（市）严重受灾，造成特大泥石流事故。9n致15个乡（镇）发生不同程度的自然灾害，有7个村交通、通讯中断，造成经济损失1135.09万元 n禄劝电站7货车冲走 10浙江临安泥石流n2005年月日晚至月日凌晨，浙江省临安市昌化镇因突降特大暴雨造成山体塌方，由此引发泥石流，随洪水冲入村庄，造成当地名农民遇难，人失踪。洪水同时毁坏了大量农田、房屋和道路。11n2009年7月23日，甘孜州康定县突降暴雨，造成该县舍联乡发生山体滑坡和泥石流灾害，泥石流冲入大渡河导致河道阻塞，形成堰塞湖 12甘肃省舟曲县情况介绍 n舟曲县位于甘肃省东南部的白龙江中上游，东、北与陇南地区的武都、宕昌县为邻，南与陇南地区的文县、四川省南坪县接壤，西与本州迭部县毗连。东径103度51分至104度45分，北纬33度13分至34度01分，西秦岭、岷山山脉呈东南至西北走向贯穿全境，地势西北高、东南低。n境内多高山深谷，气候垂直变化十分明显，半山河川地带温暖湿润。海拔在1173至4505米之间，年均气温12.7摄氏度，年降水量400毫米至900毫米。全县总面积2983.7平方公里，其中耕地面积16.44万亩。共辖22乡，总人口13.47万多人，其中农业人口占91.4%，藏族人口占31.03%。n舟曲县自然地理复杂，生态环境和气候特殊，为多种生物的繁衍提供了良好的条件。境内森林茂密，资源丰富，有大熊猫、金丝猴、羚羊等珍稀动物，花椒、核桃、柿子、黑木耳、苹果等地方特产享有盛誉。13舟曲泥石流n2010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。n5公里长、500米宽区域被夷为平地n截至当日16时统计，泥石流灾害已造成127人死亡，76人受伤，近2000人失踪，紧急转移安置4.5万人，倒塌房屋120余户300余间。14灾情统计n舟曲县“8-7”特大暴洪灾害受灾4496户、20227人；水毁农田1417亩，水毁房屋307户、5508间，其中农村民房235户，城镇职工及居民住房72户；进水房屋4189户、20945间，其中农村民房1503户，城镇民房2686户；机关单位办公楼水毁21栋，损坏车辆18辆。15n目前，已成功解救受灾群众1242人，失踪1348人，死亡137人，受伤住院37人，其中重伤20人（13名重病员已于今天下午3时送往兰州接受治疗），门诊治疗208人；n医院、指挥机关、各安置点供电恢复，通讯基本正常。通过利用当地可利用水井供水、拉水供水等方式，部分群众已经喝上了干净的饮用水；受损的广播电视业务大楼和传输设施正在全力抢修；通往外界的公路基本抢通，救援物资已陆续运抵舟曲县，并有序分散发放到受灾群众手中，已基本实现有饭吃、有衣穿、有干净水喝、有病医、有临时住所。16n上午8时和9时34分，兰州军区工兵团成功爆破堰塞湖的一个缺口，使水位下降48厘米，为抢险救灾工作创造了有利条件。172 形成条件n泥石流的形成，必须同时具备三个基本条件n地形条件n地质条件n气象水文条件18一、地形条件 n泥石流总是发生在陡峻的山岳地区，一般是顺着纵坡降较大的狭窄沟谷活动 n每一处泥石流自成一个流域n典型的泥石流流域可划分为3个区段：n1.形成区n2.流通区n3.堆积区返回191泥石流形成区（上游）n为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段，周围山坡陡峻，多为30-60的陡坡n面积大者可达数平方公里至数十平方公里n坡体往往光秃破碎，无植被覆盖。n斜坡常被冲沟切割，崩塌、滑坡发育n地形有利于汇集周围山坡上的水流和固体物质 典型泥石流流域示意图 返回212泥石流流通区（中游）n泥石流流通区是泥石流搬运通过的地段，多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻,纵坡降较大，多陡坎和跌水。n泥石流物质进入本区后具极强的冲刷能力，将沟床和沟壁上的土石冲刷下来携走n流通区纵坡的陡缓、曲直和长短，对泥石流的破坏强度有很大影响223泥石流堆积区（下游）n泥石流堆积区是泥石流物质的停积场所，一般位于山口外或山间盆地边缘，地形较平缓。n由于地形豁然开阔平坦，泥石流的动能急剧变小，最终停积下来，形成扇形、锥形或带形的堆积体，典型的地貌形态为洪积扇，地面往往垄岗起伏，坎坷不平，大小石块混杂。n泥石流复发频繁，所以堆积扇会不断淤高扩展，到一定程度逐渐减弱泥石流对下游地段的破坏作用 23二、地质条件 n地质条件决定了松散固体物质的来源，也为泥石流活动提供动能泥石流强烈活动的山区特点：n地质构造复杂n岩石风化破碎n新构造运动活跃n地震频发n崩滑灾害丛生这样的地段，既为泥石流活动准备了丰富的固体物质来源，又因地形高耸陡峻，高差对比大，具有强大的动能优势。例如，南北向地震带是我国最强烈的地震带，也是我国泥石流最活跃的地带，其中的东川小江泥石流、西昌安宁河泥石流、武都白龙江泥石流和天水渭河泥石流，都是我国最著名的泥石流带。在泥石流形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物，是泥石流形成的最重要条件。堆积物的成因多种多样，有重力堆积的、风化残积的、坡积的、冰碛的或冰水沉积的等类型。粒度成分相差悬殊，巨大的漂砾和细小的粉、粘粒、互相混杂。一旦湿化饱水后，易于坍塌而被冲刷；此外，泥石流源地常见的基岩，往往是片岩、千枚岩、泥页岩和凝灰岩等软弱岩层。25三、气象水文条件n泥石流形成必须有强烈的地表径流，它为爆发泥石流提供动力条件。n泥石流的地表径流来源于暴雨、冰雪融化和水体溃决等。可将泥石流划分为n暴雨型n冰雪融化型n水体溃决型暴雨型泥石流是我国最主要的泥石流类型 我国除西北、内蒙地区外，大部分地区受热带、亚热带湿热气团的影响，由季风气候控制，降水季节集中。在云南、四川的山区，受孟加拉湿热气团影响较强烈，在西南季风控制下，夏秋多暴雨，降水历时短，强度大。如云南东川地区一次暴雨6h降水量180mm，最大降雨强度达55mm/h，形成了历史上罕见的暴雨型泥石流。在东部地区则受太平洋暖湿气团影响，夏秋多台风和热带风暴。1981年8号强台风侵袭东北，使辽宁老帽山地区下了特大暴雨，6h降水量395mm，其中最大降雨强度为116.5mmh，爆发了一场巨大的泥石流。27暴雨可引发泥石流暴雨可引发泥石流 有冰川分布和大量积雪的高山区，当夏季冰雪强烈消融时，可为泥石流提供丰富的地表径流。西藏东部的波密地区、新疆的天山山区即属这种情况。在这些地区，泥石流形成有时还与冰川湖的突然溃决有关。由上述可知，泥石流发生有一定的时空分布规律。在时间上，多发生在降雨集中的雨汛期或高山冰雪强烈消融的季节，主要是在每年的夏季。在空间上，多分布于新构造活动强烈的陡峻山区在自然条件作用下，人文活动往往会导致地质和生态环境恶化，促使泥石流活动加剧。山区滥伐森林，不合理开垦土地，破坏植被和生态平衡，造成水土流失，并可产生大面积山体崩塌和滑坡，为泥石流爆发提供了固体物质来源。川西和滇东北山区成为我国最严重泥石流活动区的另一重要原因，就是由于近一个多世纪来滥伐森林资源而导致植被退化。此外，采矿堆渣、水库溃决等，也可招致泥石流发生。2930季节性n云南省东川地区在1966年是近十几年的强震期，使东川泥石流的发展加剧。仅东川铁路在1970-1981年的11年中就发生泥石流灾害250余次。n1981年，东川达德线泥石流，成昆铁路利子伊达泥石流、宝成铁路、宝天铁路的泥石流，都是在大周期暴雨的情况下发生的。n泥石流的发生，一般是在一次降雨的高峰期，或是在连续降雨稍后。31中国泥石流的分布n中国泥石流的分布，明显受地形、地质和降水条件的控制。特别是在地形条件上表现得更为明显。n泥石流在中国集中分布在两个带上。n一是青藏高原与次一级的高原与盆地之间的接触带；n另一个是上述的高原、盆地与东部的低山丘陵或平原的过渡带。32n上述两个带中，泥石流又集中分布在一些大断裂、深大断裂发育的河流沟谷两侧。这是我国泥石流的密度最大、活动最频繁、危害最严重的地带。n在各大型构造带中，具有高频率的泥石流，又往往集中在板岩、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 33343 特征n泥石流的特征取决于它的形成条件。对其特征的研究，有利于搞清泥石流的活动规律，进行预测、预报，并采取有效的防治措施。35一、泥石流的密度 n泥石流中含有大量固体物质，所以它的密度较大，达1.2-2.4tm3。n泥石流密度的大小，取决于水体和固体物质含量的相对比例以及固体物质中细颗粒成分的多少。n沟谷纵坡降的大小也与泥石流密度有一定关系。因为沟谷纵坡降愈大，冲刷力愈强，可促使更多的固体物质加入。n泥石流有较大的密度，所以它的浮托力大，搬运能力很强36二、泥石流的结构 n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。n石块在浆体中可有悬浮、支承和沉底三种状态。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。它们的冲击强度依次增加，尤其是镶嵌型格架结构，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，所以它的冲击力最大，危害最为严重。（a）星悬型（b）支承型（c）叠置型（d）镶嵌型格架结构的四种类型38三、泥石流的流态 n泥石流的流态主要受水体量与固体物质的比值以及固体物质的粒径级配所制约n泥石流体大多属似宾汉体（泥浆体系宾汉体），所以流动理论多以宾汉体流变方程为基础n当泥石流体中固体物质较少，且以粗大的砂砾为主时，则与牛顿体紊流流变方程类同 n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，其流态为蠕动流。蠕动流是一种似层流，流线大致平行 39四、泥石流的直进性 n由于泥石流体携带了大量固体物质，在流途上遇沟谷转弯处或障碍物时，受阻而将部分物质推积下来，使沟床迅速抬高，产生弯道超高或冲起爬高，猛烈冲击而越过沟岸或摧毁障碍物，甚至截弯取直，冲出新道而向下游奔泄。这就是泥石流的直进性。一般的情况是，流体愈粘稠，直进性愈强，因此冲击力也愈大 40五、泥石流的脉动性 n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。这就是泥石流的脉动性。n脉动性是泥石流运动过程区别于洪水流过程的又一特性。一般的洪流过程线是单峰型涨落曲线，泥石流过程线如图所示为似正弦曲线，几乎以相等的时间间隔一阵一阵地流动。有时一场泥石流出现几十阵至上百阵，阵的前峰表现为高大的泥石流龙头，高达几米至几十米，冲击力极大。流石流过程线 424 分类n一、按泥石流流域形态分类 n1标准型泥石流 n2河谷型泥石流 n3山坡型泥石流 431标准型泥石流 n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。n示意图返回44452河谷型泥石流 n流域呈狭长条形，其形成区多为河流上游的沟谷，固体物质来源较分散，沟谷中有时常年有水，故水源较丰富，流通区与堆积区往往不能明显分出 返回河谷型泥石流流域示意图 4748沟谷泥石流沟 493山坡型泥石流 n流域呈斗状，面积一般小于1km2，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连 返回山坡型泥石流流域示意图 51坡面型泥石流示意图 52二、按泥石流物质组成分类 n1水石流型泥石流 n2泥石流型泥石流 n3泥水流型泥石流 531水石流型泥石流 n一般含有非常不均匀的粗颗粒成分，粘土质细粒物质含量少，且它们在泥石流运动过程中极易被冲洗掉。所以水石流型泥石流的堆积物常常是很粗大的碎屑物质。返回542泥石流型泥石流 n既含有很不均匀的粗碎屑物质，又含有相当多的粘土质细粒物质。因具有一定的粘结性，所以堆积物常形成连结较牢固的土石混合物。返回553.泥水流型泥石流n固体物质基本上由细碎屑和粘土物质组成。n主要分布在我国黄土高原地区 返回565 预测预报n泥石流的预测预报是泥石流研究的重要内容。只有掌握了泥石流暴发于何处、何时，对其规模进行评估，才可能减轻以至消除泥石流的危害n国内外预测包括：n一.空间预测n二.时间预报n三.基本特征值预报n四.暴发危险度判定57一.泥石流空间预测n主要内容：编制不同比例尺的泥石流分布图n1.小比例尺（1：100万或更小）n2.中比例尺（1：10万-1：50万）n3.大比例尺（1：1万-1：5万）581.小比例尺n判明省或全国的泥石流危险地区的概略分布状况592.中比例尺n研究泥石流形成的一般规律和形成条件，并估算出一个地区范围内的危险度。n作建设规划用603.大比例尺n详细评估某些山地、各地或城市市区及其附近的泥石流现象，以及某条大泥石流沟流域的特征。n用以拟定泥石流防治措施和组建定位观测的基本图件。61二.泥石流时间预报n泥石流形成的时间预报，实际上是泥石流可能暴发条件的定量表示。n气象水文地质预报n泥石流的暴发，是在一定地形、地质条件下，由于强烈的地表径流所致。因此有可能用临界降水量或临界径流量指标来预报。62几个概念n暴雨：24小时内降雨总量超过50mm的降雨n灾害暴雨：突如其来的、稀遇的、强度大的、能造成灾害的猛烈降雨63灾害暴雨泥石流预报的主要气象指标n泥石流发生季节指标n天气尺度系统指标n日暴雨量指标n小时雨强指标n流石流的发生与降雨强度（10分钟雨量）关系更为密切。雨强大，发生泥石流的危险性就愈大。64三.泥石流基本特征值的确定n泥石流基本特征值也称泥石流运动参数，是定量预报泥石流、计算泥石流防治措施必不可少的数据。包括：n1.泥石流密度的确定n2.泥石流流速的确定n3.泥石流流量的确定n4.泥石流泥位的确定（与水位相似）n5.泥石流方量的确定65四.泥石流暴发危险度的判定n泥石流危险度也是预报泥石流规模和可能危害程度的一个指标。n判定方法：n（1）单因子判定法n（2）多因子数量化综合评判法66（1）单因子判定法n以一次泥石流冲出物的最大方量来判定流域内的泥石流危险度。n泥石流危险度等级危险度 一次泥石流冲出物最大方量(m3)小 106 67（2）多因子数量化综合评判法n步骤：n1.根据各种判别因素，判别是否为泥石流沟n2.依据所判定的判别因素的量级，判定其在一定的暴雨激发下泥石流活动的严重程度。n根据危险度值的大小，评判某条泥石流沟暴发泥石流的严重程度。686 泥石流的防治措施 n防治原则：n突出重点n因害设防n因地制宜n讲求实效n防治措施：n生物措施n工程措施69遭遇大雨要迅速转移到高地遭遇大雨要迅速转移到高地 70特别提示！n发现泥石流后，要马上与泥石流成垂直方向向两边的山坡上面爬，爬得越高越好，跑得越快越好，绝对不能往泥石流的下游走。71一.生物措施n措施：n恢复或培育植被n合理耕收n维持较优化的生态平衡n作用：n使流域坡面得到保护，免遭冲刷，以控制泥石流的发生72二.工程措施n1.蓄水、引水工程n2.支挡工程n3.拦挡工程n4.排导工程n5.储淤工程73防治泥石流需要多种措施相结合防治泥石流需要多种措施相结合 741.蓄水、引水工程n包括调洪水库、截水沟和引水渠n作用：拦截部分或大部分洪水、消减洪峰，控制暴发泥石流752.支挡工程n包括挡土墙、护坡等n作用：在形成区内崩塌、滑坡严重地段，在山脚处修建挡土墙和护坡，以稳定斜坡。763.拦挡工程n多布置在流通区内，修建拦挡泥石流的坝体，也称谷坊坝。n作用：拦泥滞留、护床护坡拦挡坝布置示意图 784.排导工程n包括：排导沟、渡槽、急流槽、导流堤n多数建立在流通区和堆积区n作用：调整流向，防止漫流，以保护附近的居民区、交通线路等泥石流排导措施1-坝和堤防2-导流堤 用于在路堤上方排放泥石流的钢筋混凝土护路廊道 用渡槽引导泥石流越过道路上空 825.储淤工程n包括：拦淤库和储淤场n拦淤库设置于流通区内，即修筑拦挡坝，形成泥石流库n储淤场设置于堆积区的后缘，通常由导流堤、拦淤堤和溢流堰组成n作用n在一定期限内、一定程度上将泥石流固体物质在指定地段停淤，从而消减下泻的固体物质总量及洪峰流量。1-选定的扇身通过方案2-扇前绕避一方案3-扇前绕避二方案4-扇后绕避方案84舟曲泥石流原因n一、特殊地质条件n舟曲当地地形地貌和特殊地质构造，是导致灾害发生的重要原因。专家分析认为，舟曲县城附近的地质构造岩性松软、比较破碎，风化程度也很厉害，比较容易发生滑坡、崩塌和泥石流灾害。85n二、汶川地震n汶川地震的影响是重要因素之一。n舟曲县是汶川地震的重灾区之一，地震导致舟曲县城周边山体松动、岩层破碎。因地震造成的山体松动等需要3到5年时间才能消除，但目前距离汶川地震发生仅2年多时间。86n三、半年持续干旱n舟曲去年四季度到今年上半年的持续干旱，造成城区周边岩石解体，部分山体、岩石裂缝暴露在外，使雨水容易进入，导致滑坡。87n四、强降雨n7日晚舟曲县城东北部山区突降特大暴雨，持续40多分钟，降雨量达到90多毫米，形成了泥石流，直接造成特大山洪地质灾害发生。