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八、泥石流工程地质研宄
地大武汉考研工程地质学基础881，总结了掌握泥石流的形成条件、 掌握泥石流的基本特征、掌握泥石流的常用分类依据及方案、泥石流地貌等。
编辑于2023-12-20 14:59:58- 地质研宄
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八、泥石流工程地质研宄
1. 泥石流的基本概念，我国泥石流分布与活动特点
1、泥石流 发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的暂时性湍急水流。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严重威胁山区居民生存和工程建设的一种地质灾害。泥石流活动过程与一般山洪活动的根本区别，在于这种固体和液体(即土石和水)两相物质组成的液体中固体物质的含量很大，有时可超过水体量。它的活动特点是: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，破坏力强大。
2、分布格局
山区地形
我国山区面积广大，约占国土总面积的 70%，泥石流分布受山地环境制约，具有明显的区域性规律。
断裂构造
我国还处在世界上最强大的两个地震带一--环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带之间，地壳运动剧烈、地震强度大、频率高
岩石性质
季风气候
处于季风东南季风和西南季风的活跃区，降水集中
人类活动等因素
泥石流的密集地带：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的，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、峡山，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，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，遇地形升高而易形成灾害暴雨地带，降水历时短，强度大
3、活动特点
1. 分布广泛
1. 西南季风气候影响的泥石流极强活动区
2. 东南季风气候影响的泥石流强烈活动区
3. 内陆气候影响的泥石流弱活动区
2. 类型齐全
1. 水石流型泥石流
2. 泥石流型泥石流
3. 泥水流型泥石流
3. 活动频繁
4. 危害严重
2. 掌握泥石流的形成条件
1. 地形
（1）泥石流的形成区(上游) 多为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段，周围山坡陡峻，多为30°一60°的陡坡。其面积大者可达数平方公里至数十平方公里。坡体往往光秃破碎，无植被覆盖。斜坡常被冲沟切割，且有崩塌、滑坡发育。这样的地形条件，有利于汇集周围山坡上的水流和固体物质
（2）泥石流流通区(中游) 泥石流搬运通过的地段，多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻而纵坡降较大，且多陡坎和跌水。所以泥石流物质进入本区后具有极强的冲刷能力，将沟床和沟壁上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。当纵坡陡长而顺直时，泥石流流动通畅，可直泄下游，造成很大危害。反之，则由于易堵塞停积或改道，因而削弱了能量。
（3）泥石流堆积区(下游) 泥石流物质的停积场所。一般位于山口外或山间盆地的边缘，地形较平缓。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，其地面往往垄岗起伏，坎坷不平，大小石块混杂。由于泥石流复发频繁，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。
2. 地质
（1）地质条件决定了松散固体物质的来源 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，乃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、冰磺的或冰水沉积的等类型。它们的粒度成分相差悬殊，巨大漂砾和粉、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、板岩、泥页岩和凝灰岩等软弱岩层。
（2）泥石流活动提供动能 泥石流强烈活动的山区，都是地质构造复杂、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。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，为泥石流活动提供了强大的动能优势
3. 气象水文
泥石流形成必须有强烈的暂时性地表径流，它为爆发泥石流提供动力条件
1. 暴雨型
主要类型
2. 冰雪融化型
3. 水体溃决型
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，主要是每年的夏季 空间上 多分布于新构造活动强烈的陡峻山区 自然条件作用下 由于人类活动导致地质和生态环境的恶化
3. 掌握泥石流的基本特征；
密度
水体与固体物质含量的相对比例以及固体物质中细颗粒成分
沟谷纵坡降
结构
(a)星悬型
(b)支撑型
(c)叠置型
(d)镶嵌型
流态
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
紊动流
稀性泥石流
扰动流
粘性泥石流 扰动流是粘性泥石流最常见的一种流态。粘性泥浆体的结构强度大，流体运动时，结构只遭部分破坏。若流体中无石块，流态则为塞流或层流。有了石块，流态便发生变化。泥石流运动时，由于流速由底部向表面递增，就会使大、小石块相互发生猛烈撞击。流速愈大撞击愈强烈。这种流态即为扰动流。
蠕动流
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。
流态转化（泥石流沟床条件的变化） 稀性泥石流多呈紊动流。粘性泥石流多为扰动流;但在沟床顺直、纵坡平缓而石块又较小时，可为蠕动流。 泥石流流速的确定 稀性泥石流和粘性泥石流多采用半理论、半经验计算公式，但都有一定的地区性和局限性
直进性
弯道超高或冲起爬高
截弯取直
脉动性
洪流过程线似正弦曲线
4. 掌握泥石流的常用分类依据及方案
按泥石流流域形态分类
标准型泥石流
河谷型泥石流
山坡型泥石流
按泥石流的物质组成分类
水石流型泥石流
泥石流型泥石流
泥水流型泥石流
按泥石流体性质分类
粘性泥石流
这类泥石流含有大量的细粒粘土物质，固体物质含量占 40%~60%，最高可达 80%水和泥砂、石块凝聚成一个粘稠的整体，粘性很大。它的密度大 (1.6~2.4t/m)，浮托力强。当它在流途上经过弯道或遇障碍物时，有明显的爬高和截弯取直作用，并不一定循沟床运动。 粘性泥石流在堆积区不发生散流，而是以狭窄带状如长舌一样向下奔泻和堆积。堆积物地面坎坷不平，停积时堆积物无分选性;且结构往往与运动相同，较密实。
稀性泥石流
在这类泥石流中，水是主要成分，固体物质占 10%~40%，且细粒物质少，因而不能形成粘稠的整体。在运动过程中，水泥浆速度远远大于石块的运动速度:石块以滚动或跃移方式下泄。它具有极强的冲刷力，常在短时间内将原先填满堆积物的沟床下切成几米至十几米的深槽。 稀性泥石流在堆积区呈扇状散流，将原来的堆积扇切割成条条深沟。堆积后水泥浆逐渐流失。堆积物地面较平坦，结构较松散，层次不明显。沿流途的停积物有一定的分选性。
5. 泥石流地貌
野外考察和遥感判释
侵蚀地貌
破碎破
在泥石流流域的山坡上，不仅坍塌、崩塌、滑塌和滑坡的痕迹星罗棋布，而且坡面泥石流刻蚀的小沟道穿插其中，从而形成斑痕累累、支离破碎的山坡，称为破碎坡
基岩谷
泥石流由于具有巨大的下蚀和侧蚀能力，因此在石质山区残坡积不发育的流域内，往往由于固相物质不足，在发生泥石流时，将流域内能输移的物质几乎全部转化为泥石流输移出流域，形成沟谷两岸及床底均由基岩组成并遭强烈磨蚀的谷地。这种谷地称为基岩谷
角峰
泥石流角峰也是泥石流强烈下蚀和侧蚀的结果。泥石流角峰往往位于两条泥石流沟谷之间，是由松散堆积体和破碎岩体组成的分水岭，其两侧在泥石流的强烈下蚀和侧蚀作用下不断发生塌陷、崩塌和滑塌等重力侵蚀现象，致使分水岭遭强烈破坏，解体为许多大小不一、高低不等的山峰，称为泥石流角峰。因此泥石流角峰规模小，一般分布在较大泥石流沟谷形成区的小沟谷之间。
堆积地貌
堆积扇
串珠状堆积扇
泥石流串珠状堆积扇的形成，取决于泥石流的性质、规模和堆积区的地貌形态。
上叠式堆积扇
通常由粘性泥石流堆积所构成。它主要是由于泥石流规模不断依次缩小所致，即大规模泥石流堆积体形成之后，发生较小规模的泥石流时，其堆积体覆盖在原大规模堆积体之上，形成第一个上叠式堆积体;其后若再发生更小规模的泥石流，其堆积体便依次覆盖在前一次堆积体之上，形成第三个、第四个上叠式堆积体。泥石流不断发生，上叠式堆积体不断增多，最终形成由多级堆积体构成的泥石流上叠式堆积扇。
侧叠式堆积扇
复合式堆积扇
一般大规模泥石流堆积扇，多为复合式泥石流堆积扇。在泥石流活动初期，堆积区的地形一般比较平缓单一，泥石流的堆积形态也比较单一，或者形成上叠式堆积扇，或者形成侧叠式堆积扇，或者形成串珠状堆积扇等。随着泥石流堆积的增加，堆积区的地形变得十分复杂，泥石流的堆积形态也随之变复杂。不仅在不同场次的泥石流活动中产生不同的堆积形态，就是在同一场泥石流活动中也产生不同的堆积形态。这些不同形态的泥石流堆积扇相互交织，反复重叠，最终形成规模巨大的复合式泥石流堆积扇。可见复合式泥石流堆积扇是泥石流沟口堆积的终极产物。
分流堆积扇
当泥石流的弯道超高高度超过弯道凹岸岸坡高度较大时，泥石流便形成分流，分流流体到达主河高阶地、平台或流域自身的老泥石流堆积平台时，由于地形变得平缓、开阔，于是发生堆积，其堆积过程与沟口堆积过程一致，但因为泥石流不是每次都形成分流，因此其堆积体的发育也受到控制，多形成较单一的堆积扇，很难形成大规模的复合式堆积扇。
堆积锥
堆积扇群
堆积石海
堆积垄岗
侧积垄岗
粘性泥石流运动到宽谷段形成的侧方堆积，经过自重压实发展而成的垄岗状堆积
超高堆积垄岗
泥石流的弯道超高形成的垄岗状堆积，经自重压实后，演化而成的垄岗状堆积地貌。在野外考察中，在泥石流沟谷的弯道上，常分布有泥石流超高堆积垄岗。
分流堆积垄岗
发生于弯道的分流泥石流，一般规模较小，后续流补给有限。当分流堆积不足以形成扇状堆积时，便在主河高阶地或平台上形成垄岗状堆积。这种垄岗状堆积经自重压实后，便演化为分流堆积垄岗。
堆积龙头
泥石流的满床堆积形成若干以龙头为中心的堆积体。这些龙头堆积体经自重作用压实后，便发展为堆积龙头，一条沟谷往往有若干堆积龙头。由于堆积龙头横亘沟谷，因此常常遭到山洪或高含砂山洪的破坏，形成残缺的堆积龙头。
堆积斑
泥石流弯道抛高流体，撒落在凹岸山坡或平台上，形成斑状堆积。斑状堆积经过蒸发利脱水干缩，便形成泥石流堆积斑。
侵蚀-堆积地貌
阶地
泥石流阶地主要分布在泥石流沟谷的流通区及非主要形成区，是泥石流满床堆积再遭小规模泥石流或山洪与高含砂山洪侵蚀、改造的结果。
葫芦谷
被软弱岩体与坚硬岩体相间分为几段的泥石流沟谷，在泥石流(含山洪)长期的下蚀和侧蚀作用下，软弱岩体分布段风化和侵蚀作用强烈，山坡上崩塌、滑塌、滑坡和坡面泥石流发育，沟谷平缓、开阔、成为宽谷(盆地) 坚硬岩石分布段风化和侵蚀作用微弱，山坡上崩塌、滑塌和滑坡很少，沟谷陡急、狭窄，成为峡谷。发生泥石流时，在坚硬岩体分布段泥石流能量很大，将峡谷内的松散堆积向下输移，但由于岩体坚硬难以下切，因此仍维持峡谷形态;在软弱岩体分布段山坡平缓，两岸供给的松散碎屑物质量大，加之沟床宽缓，流速较低，输移能力不足，于是形成大量的堆积 软弱岩体分布段的宽谷 (盆地)越变越开阔、平缓;坚硬岩体分布段仍很陡峻、狭窄，于是形成若干宽谷 (盆地) 与峡谷相连接的地貌形态，在平面上整个沟谷状似葫芦
多变谷
当泥石流流域的周相物质补给十分充足时，其规模往往取决于降水强度、降水总量和降水过程。当降水强度、降水总量很大，历时甚短，衰减极快时，泥石流规模很大，在较短时间内不仅能把山坡补给的大量固相物质输移出沟谷，而且也能把沟床的大量固相物质侵蚀输移出沟谷，造成沟谷的强烈下切，形成窄深型沟谷;当降水强度不大，但降水总量大、历时长，衰减缓慢时，泥石流难于形成，或即使形成也规模较小，无力将山坡和沟源补给的固相物质输移出沟，大量物质在沟床内产生堆积，于是沟床被抬高，形成宽浅型沟谷。泥石流沟谷随着时间的延续，在较短时间内时而切深变窄，时而堆高变宽。这种形态成为部分泥石流沟谷的一大特征。凡具有这一特征的泥石流沟谷，称为多变谷。
缝隙堆积基岩谷
当泥石流体通过的沟谷的两岸或一岸由缝隙发育的基岩构成时，泥石流极易在侧压力作用下被挤进基岩缝隙内，形成缝隙堆积 沟谷两岸或一岸基岩缝隙内具有泥石流堆积的谷地，称为缝隙堆积基岩谷，缝隙堆积基岩谷形成时，通常被掩埋，一般不易被发现;但当泥石流或山洪及高含砂山洪将沟谷刷深，两岸基岩出露时，缝隙堆积也会暴露出来
6.泥石流危险度区划
原则
（1）相似性与差异性原则 将相似的，相对一致的地区划归为一个区域，将不相似的地区划归为另一区域;相似不等于相同，差异有大有小，所以相似性和差异性不但受“层次”的影响，还受“程度”的影响
（2）区域完整性原则 泥石流是自然灾害的一种，从其发生学角度来看，考虑某种自然区域的完整性，即以某类自然区划为基础较好
（3）综合性原则 影响泥石流发生、发展和危险程度的因素很多。为避免使用单一因素判定的局限性的针对性，贯彻综合性原则是非常必要的
（4）主导因素原则 在综合分析各因素并选出相关因素后，还需进一步抓住主要矛盾，确定主导因素。然后找出主次因素间的关系，分析他们的密切程度，从而为确定各因素之权重提供理论依据
危险度区划定量指标
地质
地貌
水文气象
森林植被
人类活动
泥石流危险度区分级
中国泥石流危险分区
7. 掌握泥石流的防治原则及措施
防治原则
从山地环境的特点和泥石流演化发展规律出发，贯彻综合治理的原则，整个泥石流流域全面规划，并要突出重点 生物措施与工程措施相结合，要因地制宜、因害设防、讲求实效 要充分考虑到被防护地区与具体工程的要求
防治措施
治理措施
生物措施
恢复或培育植被，合理耕牧，维持较优化的生态平衡 植被包括草被和森林两种，它们是生物措施中不可分割的两个方面。植被可调节径流削弱山洪的动力;可保护山坡，抑制剥蚀、侵蚀和风蚀，减缓岩石的风化速度，控制固体物质的供给
工程措施
蓄水、引水工程
调洪水库
截水沟
引水渠
建于形成区内，其作用是拦截部分或大部分洪水、削减洪峰，以控制暴发泥石流的水动力条件。大型引水渠修建稳固而矮小的截流坝作为渠首，避免经过崩滑地段而应在它的后缘外侧通过，并严防渗漏、溃决和失排。
支挡工程
挡土墙
护坡
在形成区内崩塌、滑坡严重地段，可在坡脚处修建挡墙和护坡，以保护坡面及坡脚，稳定斜坡。此外，当流域内某段因山体不稳树木难以“定居”时，应先辅以支挡建筑物以稳定山体，生物措施才能奏效。
拦挡工程
谷坊坝(实体坝、格栅坝、挡坝群、高坝）
布置在流通区内，作用主要是拦泥滞流和护床固坡
排导工程
排导沟
渡槽
急流槽
导流堤
多数建在流通区和堆积区，作用是调整流向，防止漫流，以保护附近的居民点、工矿点和交通线路
储淤工程
拦淤库
储淤场
前者设置于流通区内，就是修筑拦挡坝，形成泥石流库，后者一般设置于堆积区的后沿，工程通常由导流堤、拦淤堤和溢流堰组成。储淤工程的主要作用是在一定期限内、一定程度上将泥石流物质在指定地段停淤，从而削减下泄的固体物质总量及洪峰流量
公路和铁道部门防治措施
跨越泥石流的桥梁、涵洞 穿过泥石流的护路明洞、护路廊道、隧道、渡槽
预防措施
泥石流预测预报是泥石流预防的主要措施。成功预测预报，可以减轻以至消除泥石流的危害或可能预防泥石流的形成
泥石流空间预测 编制不同比例尺的泥石流分布图
小比例尺泥石流分布图也可叫一览图，比例尺1:100万或更小。主要是为了判明一个省或全国的泥石流危险地区的概略分布状况
中比例泥石流分布图的比例尺 1:10 万~1:50万。主要任务是研究泥石流形成的一般规律和它的形成条件，并估算出一个地区范围内的危险度。
大比例尺泥石流分布图的比例尺 1:1万~1:5万。主要任务是详细评价某地及其临区的泥石流现象，以及某条大泥石流沟流域的特征。它是用以拟定泥石流防治措施和建立监测网的基本图件。
泥石流时间预报 暴雨型泥石流时间预报（由灾害暴雨激发的泥石流，即灾害暴雨泥石流。灾害暴雨指突如其来的、稀遇的、强度大的、能造成灾害的猛烈降雨）
泥石流发生季节指标 灾害暴雨泥石流发生季节，既是长期预报的依据，又是短期预报的参考。我国灾害暴雨泥石流发生季节有明显的地区差异。根据这一差异，可提出各地区泥石流预报的月份指标。
天气尺度系统指标 天气尺度系统不同，灾害暴雨影响的面以及泥石流发生的范围就有很大差别。一个地区的暴雨量级愈大，发生灾害暴雨泥石流的概率和规模也愈大。根据历史上及近年来的泥石流资料统计分析，依其影响的天气系统的主次，确定各地区预报的主要和次要天气系统指标。 我国灾害暴雨泥石流发生的天气系统地区差异明显。沿海地区主要是热带风暴，西南、西北地区主要是低滑和切变线。我国地域面积广大，各地发生泥石流的暴雨量级差别也比较大。如东南沿海地区及四川盆地边缘山地，特大或大暴雨才能发生灾害性泥石流;而在西北地区，大雨就有可能发生灾害性泥石流。
日暴雨量指标 泥石流发生与降雨强度的关系更为密切。雨强大，发生泥石流的危险性就愈大。我国各地区发生灾害暴雨泥石流的雨强指标也存在差别。
小时雨强指标 根据已发生的一些典型灾害暴雨泥石流的雨强资料，结合日雨量指标分析，即可提出各地区灾害暴雨泥石流预报的小时雨强指标。
泥石流爆发危险度的判定
(1)单因素判定法 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
(2) 多因素数量化综合评判法 制约泥石流活动的因素较多，要进行综合分析，分出主次。这是数量化综合评判基础和关键所在。例如，地貌因素在泥石流形成中所起的作用，可选择流域面积，地形相对高差、山地坡度、植被和沟口堆积扇等项目组成，每个项目按可能的活动规模和强度用一定的级差 (一般为四个) 来表示，并分别赋值。这样，就可列出评判因素的反应矩阵，求得危险度。 根据危险度值的大小，评判某条泥石流沟爆发泥石流的严重程度。严重程度可划分为严重、中等、轻微和非泥石流沟四级。
一是根据各种判别因素，判别是否为泥石流沟
二是依据所确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
泥石流区工程地质评价 泥石流地段交通线路的选择问题
原则
应尽量绕避泥石流分布集中，且危害严重的地段 当受其它条件限制而必须通过时，则应根据泥石流的特点，从受影响较小的部位，采用最经济、安全的工程形式通过
形成区
在泥石流形成区，由于地形开阔，且坡体极不稳定，一般是不容许线路通过的。所以交通线路应选在流通区和堆积区通过。
流通区
在泥石流流通区通过的线路，要修建跨越桥，此处地形狭窄，工程量小。但因冲刷强烈，桥梁极易受毁坏。所以，只有当线路有足够的高程，沟壁又比较稳定的情况下才能通过。
堆积区
扇前绕避 在洪积扇的前部绕过。如果洪积扇的前部已紧靠河岸，则不得不修筑跨河桥在河的对岸绕过
扇后绕避 在洪积扇的后部通过，此处为流通区和堆积区的过渡地带，冲刷已不太严重，大量堆积又未开始，所以是比较理想的方案。最好用高净空大跨度单孔或明洞、隧道的形式通过
扇身通过 原则上应该是愈靠近扇身前部愈好，而且需修建跨扇桥。由于洪积扇的不断发展，将会迫使线路不断改变