泥石流课程设计.docx

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泥石流课程设计

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课程设计

泥

石

流

地质与环境学院

地质工程0904

王靖

0909040419

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泥

石

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地质与环境学院

地质工程0904

王靖

0909040419

泥石流课程设计

一，工程地质问题：

泥石流

概念：

泥石流（mud-rock flows ）是产生在沟谷中或斜坡面上的一种饱含大量泥沙、石块和巨砾的特殊的山洪，是高浓度的固体和液体的混合颗粒流，其运动过程介于山崩、滑坡和洪水之间，是各种自然因素（地质、地貌、水文、气象等）和人为因素综合作用的结果。

二，区域地质资料收集

地形：

量测流域形状、流域面积、主沟长度、沟床比降、流域高差、谷（山）坡坡度、沟谷纵横断面形状、水系结构和沟谷密度等地形要素。

气象：

主要收集或观测各种降水、气温资料。

降水资料主要包括多年平均降水量、降水年际变率、年内降水量分配、年降水日数、降水地区变异系数和最大降水强度，尤其是与暴发泥石流密切相关的暴雨日数及其出现频率、典型时段（24h、60min、10min）的最大降水量及多年平均小时降雨量。

水文：

收集或推算各种流量、径流特性、主河及下游高一级大河水文特性等数据。

植被与土壤：

调查流域植被类型与覆盖程度，植被破坏情况，土地利用类型和侵蚀程度等。

地层岩性：

查阅区域地质图或现场调查流域内分布的地层及其岩性，尤其是易形成松散固体物质的第四系地层和软质岩层的分布与性质。

地质构造：

查阅区域构造地质图或现场调查流域内断层的展布与性质、断层破碎带的性质与宽度、褶曲的分布及岩层产状，统计各种结构面的方位与频度。

新构造运动与地震：

从区域地质构造及流域地貌分析新构造运动特性，从《1:

400万中国地震烈度区划图》查知地震基本烈度。

不良地质体与松散固体物质：

调查流域内不良地质体与松散固体物源的位置、储量和补给形式。

水文地质：

调查地下水尤其是第四系潜水及其出露情况，岩溶负地形及消水能力。

水土流失：

主要调查植被破坏、毁林开荒、陡坡垦殖、过度放牧等造成的水土流失状况。

弃土弃碴：

主要调查筑路弃土和工厂、矿业弃碴及其挡碴措施。

人类活动：

泥石流活动范围内人类生产、生活设施状况，特别是沟口、泥石流扇上居民点及工农业相关基础设施、泥石流沟槽挤占情况。

前人工作：

通过前人的工作来了解以前该地区所发生的地质灾害，以及他们的治理结果，能给我们一些新的启发思想。

三，确定工作方法

（一）工程地质测绘

遥感解译：

从卫星图象和航空象片解译泥石流的区域性宏观分布、地貌和地质条件；有条件时可用不同时相的影像图解译，对比泥石流发展过程、演化趋势，应尽可能采用高精度遥感图像；编制遥感图象解译图，航片比例尺宜为1:

8000-1:

34000。

填图要求：

所划分的单元在图上标注的尺寸最小为2mm。

对小于2mm的重要单元，可采用扩大比例尺或符号的方法表示。

在1:

500-1:

2000的地形图上可能修建拦挡工程和排导工程地段，其地质界线的地质点误差不应超过3mm，其它地段不应超过5mm。

地质地貌测绘：

对全流域及沟口以下可能受泥石流影响的地段，调绘与泥石流形成和活动有关的地质地貌要素，编制相应地貌图与地质图，填绘纵剖面图与横断面图。

流域平面填图比例尺宜为1:

10000～1:

50000，分区平面填图比例尺宜为1:

500～1:

5000；纵剖面图比例尺横向宜为1:

500～1:

2000，竖向宜为1:

100～1:

500；横断面图比例尺横向宜为1:

200～1:

500。

测绘方法以沿沟追索、实测和填绘剖面为主。

泥痕测绘：

选择代表性沟道，量测沟谷弯曲处泥石流爬高泥痕、狭窄处最高泥痕及较稳定沟道处泥痕。

据泥痕高度及沟道断面，计算过流断面面积，据上、下断面泥痕点计算泥位纵坡，作为计算泥石流流速、流量的基础数据。

（二）泥石流的勘探

钻探：

泥石流防治工程场址，主勘探线钻孔应尽可能在工程地质测绘和地球物理勘探成果的指导下布设，孔距应能控制沟槽起伏和基岩构造线，间距一般30-50m。

由于松散堆积层深厚不必揭穿其厚度时，孔深应是设计建筑物最大高度的0.5-1.5倍；基岩浅埋时，孔深应进入基岩弱风化层不小于5m。

物探：

在施工条件较差、难以布置或不必布置钻探工程的泥石流形成区、流通区、堆积区，可布置1-2条物探剖面，对松散堆积层的岩性、厚度、分层、基岩面深度及起伏进行推断。

坑槽探：

结合钻探和物探工程，在重点地段布置一定探坑或探槽，揭露泥石流在形成区、流通区和堆积区不同部位的物质沉积规律和粒度级配变化；了解松散层岩性、结构、厚度和基岩岩性、结构、风化程度及节理裂隙发育状况；现场采集具有代表性的原状岩、土试样。

四，确定泥石流的特征

（一）类型

1、按成因分类：

（1）冰川型泥石流；

（2）降雨型泥石流；（3）共生型泥石流；

2、按泥石流内流域的沟谷形态分类：

（1）沟谷型泥石流；

（2）山坡型泥石流；

3、按泥石流的物质组成分类：

（1）泥石流；

（2）泥流；（3）水石流；

4、按泥石流流体性质分类：

（1）粘性泥石流；

（2）稀性泥石流；

（二）性质

（1）泥石流具有土体的结构性，即具有一定的抗剪强度，而挟砂水流的抗剪强度等于零或接近于零。

（2）泥石流具有水体的流动性，即泥石流与沟床之间没有截然的破裂面，只有泥浆润滑面，从润滑面向上有一层流速逐渐增加的梯度层；而滑坡体与滑床之间有一破裂面，流速梯度等于零或接近于零。

（3）泥石流一般发生在山地沟谷区，具有较大的坡降

（4）泥石流地貌特征：

泥石流地貌一般可以划分为形成区、流通区和堆积区三部分。

如下图：

（三）泥石流的形成条件

1、松散的固体物质来源

泥石流之所以不同于其它水流，就在于它含有大量固体物质。

因此，储存松散固体物的场地就成为泥石流的发源地。

固体物的成分、多少和补给方式，决定了泥石流的类型、性质和规模。

2、有利的地形地貌条件

形成泥石流的地形特征是陡峻和高差大，我国大多数泥石流都发生于高原边缘具有这种特征的陡峻坡面和深切的沟谷内。

沟谷中具有陡峻的谷坡地形和较大的纵坡，有利于松散堆积物与水流汇集，并使之迅速下泻。

3、充足的水源和适当的激发因素

水是激发泥石流的必要条件，又是泥石流的组成部分和搬运介质。

泥石流的水源有暴雨、降雨、冰雪融水、地表水体溃决等不同的形式，我国泥石流的水源主要是暴雨。

各地区由于气候和地貌条件的差异，雨量分布和降雨特点有很大的差别，由此形成了显著的地区性泥石流特征：

北方雨量小，泥石流爆发相对稀少。

南方雨量充沛，泥石流灾害频繁爆发，多暴雨地区的泥石流极为活跃；沿海的湿润气候和台风时的暴雨对泥石流有强烈影响，而高原气候寒冷则有冰川融雪泥石流的发生。

4、人为因素的影响

人类活动的不良影响主要是破坏了自然的平衡条件，增加松散固体物质的补给量和水量。

山区公路和铁路的建设，日益频繁的生产活动，有时会破坏山体的稳定性，增加泥石流的固体物质来源，促使泥石流的发生和发展。

五，泥石流参数计算与实验

（一）重度计算

按固体物质储备量：

根据甘肃武都白龙江流域调查，泥石流容重与流域内固体物质储备量有关，其关系为：

•γc=10.6A0.12

•式中：

γc为泥石流容重（kN/m3），A为流域中补给泥石流的泥沙储备量与补给区以上的流域面积的比值（104m3/km2）。

（二）流量计算

在泥石流与暴雨同频率、且同步发生，计算断面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的假设下建立的计算方法。

其计算步骤是先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量（计算方法查阅水文手册），然后选用堵塞系数，按下式计算。

•QC=（1十Φ）QP·DC

•式中：

•QC——频率为P的泥石流洪峰值流量（m3／s）；

•QP——频率为P的暴雨洪水设计流量（m3／s）；

•Φ——泥石流泥沙修正系数。

•Φ＝（γC-γW）/（γH–γc）

•γC——泥石流重度（t／m3）；

•γW——清水的重度（t／m3）；

•γH——泥石流中固体物质比重（t／m3）；

•DC——泥石流堵塞系数，可查经验表；有实测资料时，也可按式I.13、I.14估算。

•DC=0.87t0.24（I.13）

•DC=58/QC0.21（I.14）

•t——堵塞时间（s）。

六，泥石流防治措施建议

（一）防治泥石流的原则

（1）坚持以防为主、防治结合、除害兴利的原则

（2）因地制宜、综合治理的原则

（3）全面规划、突出重点的原则

（4）工程措施与生物措施相结合的原则

（5）坚持投资省、高效益、技术可行性的原则

（二）泥石流防治措施

（1）生物措施：

采用植物造林，种植草皮及合理耕种等方法，使流域内形成一种多结构的地面保护层，以拦截降水，增加入渗及汇水阻力，保护表土免受侵蚀。

当植物群落形成后，不仅能防治泥石流，而且改变了水分和大气循环，对当地农业、林业都有好处。

（2）工程措施：

工程措施的主要类型有：

①防治泥石流发生的措施；②拦截泥石流措施；③泥石流排导措施。

（3）综合治理：

在泥石流防治中，最好采用生物防治和工程措施相结合的办法。

这样既可以做到当年见效，又可在较短时间内防止泥石流的发生，这种方法称为综合治理。

七，结论

泥石流的防治措施包括生态措施和工程措施。

生态措施和工程措施两者各有其优缺点，可以互相促进，相辅相成。

相应地泥石流也有不同的特点，因此治理措施也应有所不同。

在以坡面侵蚀及沟谷侵蚀为主的泥石流地区，应以生物措施为主、辅以工程措施；在崩塌、滑坡强烈活动的泥石流发生（形成）区，应以工程措施为主，兼用生物措施；而在坡面侵蚀和重力侵蚀兼有的泥石流地区，则以综合治理效果最佳。

我们相信，只要我们掌握了泥石流发生的规律，做好泥石流的预防、预测，就一定能够驯服这匹猛兽。

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