泥石流工程地質(zhì)研究第一節(jié)概述

泥石流（debrisflow,mud-rockflow)又稱山洪泥流，是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂、石塊的暫時性急水流。它與一般山洪活動的根本區(qū)別是由固體和液體（即土石和水）兩相物質(zhì)組成的流體，其中固體物質(zhì)的含量有時可超過水體量。它的特點是在一個地段上往往突然暴發(fā)，能量巨大，來勢兇猛，歷時短暫，且復(fù)發(fā)頻繁，因此破壞力強大。

世界:有60多個國家不同程度地遭受泥石流災(zāi)害，主要是中國、蘇聯(lián)、美國、智利、秘魯、奧地利、意大利、尼泊爾、巴基斯坦和日本等。阿爾卑斯山、比利牛斯山脈、亞平寧山脈、喀爾巴阡山脈和高加索山脈,太平洋沿岸,日本山地和安納托里亞西部山地中國:據(jù)不完全統(tǒng)計，有泥石流溝5萬多條，其中的大多數(shù)分布在西藏、四川、云南、甘肅。四川、云南多是雨水泥石流，青藏高原則多是冰雪泥石流。每年造成的經(jīng)濟損失高達20億元，死亡人數(shù)約500名。中國有70多座縣城，諸多交通干線，許多工礦民居等受到泥石流的潛在威脅。

一.泥石流概況泥石流的分布，受山地環(huán)境制約，具有明顯的區(qū)域性規(guī)律。中國泥石流的密集地帶，是從青藏高原西端的帕米爾高原向東延伸，經(jīng)喜馬拉雅山區(qū)，穿越波密——察隅山地向東南呈弧形擴展，經(jīng)滇西北和川西的橫斷山區(qū)折向東北，沿烏蒙山，北轉(zhuǎn)大涼山、邛崍山過秦嶺東折，沿黃土高原東南部及太行山、燕山，至遼西、遼東及長白山地。在地質(zhì)上近期構(gòu)造活動強烈、復(fù)雜，地震頻繁而強度大，崩滑現(xiàn)象發(fā)育；在地勢上是我國臺階式地形轉(zhuǎn)折最明顯之處，地面高差懸殊、起伏大；在氣候上是濕熱的西南季風(fēng)和東南季風(fēng)向北、西方向推進，迂地形升高而易成災(zāi)害暴雨的地帶，降水歷時短，強度大。中國泥石流易發(fā)分區(qū)在第一階梯內(nèi)青藏高原山區(qū)，物源條件充足，但因水源條件不充分，暴雨強度和總量均較低，故屬于泥石流輕度易發(fā)區(qū)。在第三階梯內(nèi)的山區(qū)，暴雨形成強度和總量均較大，但地表植被好，物源條件不很穩(wěn)定，故為暴雨泥石流中度易發(fā)區(qū)。在第二階梯內(nèi)山區(qū)，主要受緯向因素決定，大體可分為三區(qū)秦嶺以南廣大山地，屬濕潤高中山區(qū)，地形差異大，雨量豐、物源沛豐富，故為暴雨泥石流極易發(fā)區(qū)。秦嶺以北、陰山以南的第二階梯中部地區(qū)，屬半干旱、半濕潤地區(qū)，有大片黃土和部分沙漠覆蓋，物源豐富，暴雨強度大而總量不足，是暴雨泥石流的極易發(fā)區(qū)和中等易發(fā)區(qū)相間的過度區(qū)。廣大的新疆，內(nèi)蒙及甘、寧一部分等第二階梯的北部，屬半干旱和干旱的高中山區(qū)，有大片沙漠、黃土、戈壁，植被稀少，物源豐富而水源不足，故為泥石流輕度易發(fā)區(qū)。二.泥石流的危害嚴重地制約著山區(qū)開發(fā)建設(shè)、脫貧致富與國民經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展，并導(dǎo)致土地砂石化（荒漠化）程度加快，水土流失加劇和生態(tài)環(huán)境退化等殃及子孫后代的諸多嚴重問題。具體表現(xiàn)在如下四個方面：1、對居民點的危害：泥石流最常見的危害之一是沖進鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)，摧毀房屋、工廠、企事業(yè)單位及其他場所、設(shè)施。淹沒人畜，毀壞土地，甚至造成村毀人亡的災(zāi)難。

2、對公路、鐵路的危害：泥石流可直接埋沒車站、鐵路、公路、摧毀路基、橋涵等設(shè)施，致使交通中斷，還可引起、正在運行的火車、汽車顛覆，造成重大的人身傷亡事故。有時泥石流匯入河流，引起河道大幅度變遷，間接毀壞公路、鐵路及其他構(gòu)筑物，甚至迫使道路改線，造成巨大經(jīng)濟損失。3、對水利、水電工程的危害：主要是沖毀水電站、引水渠道及過溝建筑物，淤埋水電站尾水渠，并淤積水庫、磨蝕壩面等。4、對礦山的危害：主要是摧毀礦山及其設(shè)施，淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產(chǎn)，甚至使礦山報廢。第二節(jié)泥石流的形成條件降雨流域環(huán)境地形植被松散堆積物（人為的、自然的）分散補給集中補給泥沙匯流（QH）洪水匯流（QB）河溝或坡面QB＋QH＝QCrc＜1.3tf/m3洪水rc≥1.3tf/m3泥石流泥石流形成過程框圖泥石流的形成，必須具備三個基本條件：地形條件、地質(zhì)條件和氣象水文條件。一、地形條件在陡峻的山岳地區(qū)，地表崎嶇，高差懸殊，切割強烈，是泥石流分布區(qū)的地形特征。地形高差的大小決定了勢能的大小，高差越大，勢能越大，形成泥石流的動力條件越充足。當(dāng)堆積于溝谷內(nèi)的松散固體物質(zhì)在暴雨山洪激發(fā)下形成泥石流后，便奔騰洶涌地向下運動。運動中勢能不斷轉(zhuǎn)化為動能，其運動速度很快，每秒可達數(shù)米至十多米。每一處泥石流自成一個流域，可劃分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。(1)形成區(qū)位于多為三面環(huán)山,一面出口的半圓形寬闊地段，周圍坡陡峻（大多30-60°），溝谷縱坡降可達300以上。斜坡上崩塌、滑坡發(fā)育，無植被覆蓋，形成區(qū)的面積面積大者可達數(shù)平方公里至數(shù)十平方公里，愈大、坡面愈多、山坡愈陡、溝壑密度愈大，則泥石流集流快、規(guī)模大，且迅猛強烈。(2)流通區(qū)多為狹窄而深切的峽谷或沖溝，縱坡降較大，極強的沖刷能力，將沖刷下來的土石攜走。流通區(qū)縱坡的陡緩、曲直和長短，對泥石流的強度有很大影響，當(dāng)順直時，流途通暢，能量大，反之，易堵塞停積或改道，削弱能量。(3)堆積區(qū)為泥石泥物質(zhì)的停積場所。位于山口外或山間盆地的邊緣，地形較平緩。形成扇形、錐形或帶形的堆積體。典型的地貌形態(tài)為洪積扇，呈壟崗起伏、坎坷不平，大小石塊混雜。由于泥石流流域具體的地形地貌條件不同，有些泥石流流域，上述三個區(qū)段不可能明顯分開。二、地質(zhì)條件決定了松散固體物質(zhì)的來源。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石風(fēng)化破碎、新構(gòu)造運動活躍、地震頻發(fā)、崩滑災(zāi)害多發(fā)的地段,為泥石流形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。在形成區(qū)內(nèi)有大量易于被水流侵蝕沖刷的疏松土石堆積物，它們的粒度成分相關(guān)懸殊，大者為數(shù)十至上百立方米的巨大漂礫，小者為細砂、粘粒，互相混雜。一旦濕化飽水后，則會崩解、軟化，易于坍垮而被沖刷。因此，在泥石流形成區(qū)，最常見的巖層是片巖、千枚巖、板巖、泥質(zhì)巖、凝灰?guī)r等軟弱巖層。對于在植被不發(fā)育，巖石物理風(fēng)化作用強烈，也能成為泥石流提供固體物質(zhì)來源。粒度成分相關(guān)懸殊，大者為數(shù)十至上百立方米的巨大漂礫，小者為細砂、粘粒，互相混雜。一旦濕化飽水后，則會崩解、軟化，易于坍垮而被沖刷。因此，在泥石流形成區(qū)，最常見的巖層是片巖、千枚巖、板巖、泥質(zhì)巖、凝灰?guī)r等軟弱巖層。

侏羅系紅層中發(fā)育的侵蝕地貌類型(土林)山坡殘積物侵蝕土柱三、氣象水文條件地表徑流是暴發(fā)泥石流的動力條件。其來源于：暴雨、高山冰雪強烈融化和水體潰決等。泥石流發(fā)生有一定的地區(qū)性和時間性。在時間上：多發(fā)生在降雨集中的雨季或高山冰雪強烈消融季節(jié)。通常認為泥石流的發(fā)生與前期有較長時間的降水有關(guān)。在先有較長時間降水的情況下，由于土層含水飽和，徑流系數(shù)加大，匯流時間縮短，使地表滑動力和內(nèi)水壓力加大，又遇突發(fā)性強暴雨，就更容易發(fā)生泥石流。但調(diào)查分析還認為，即使前期少雨的情況下，短時間內(nèi)強集中暴雨同樣也可以誘發(fā)泥石流，只是在這種情況下，暴雨的強度比前者要大。因此，汛期季節(jié)是泥石流發(fā)生的主要季節(jié)。

四.植被因素

植被的大面積被破壞，特別是森林的大量砍伐，使得山地地表裸露。在降水過程中，雨滴直接打擊地表，地表土壤受到雨滴擊濺，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，降水的下滲速度降低，地表產(chǎn)流過程加快。在失去了植被截留和阻滯后，地表徑流水層很快增厚，在山坡上加速流動。流動過程中流速加快，沖刷力增強，抗蝕力嚴重降低的土壤受到嚴重的沖刷侵蝕，而被徑流帶到溝谷中去。沖刷過程不僅使細粒物質(zhì)被帶下，粗顆粒物質(zhì)及大小石塊也被坡面徑流夾裹到溝道中。

(2)河谷型泥石流其流域呈狹長條形，固體物質(zhì)來源于溝谷中分散的坍滑體，對流通區(qū)和堆積區(qū)不能明顯分開。第三節(jié)泥石流分類一、按泥石流流域形態(tài)分類(1)標準型泥石流其流域呈扇形，能明顯劃分出形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。(3)坡面型泥石流其流域呈斗狀，無明顯流通區(qū)，形成區(qū)與堆積區(qū)直接相連。二、按泥石流的物質(zhì)組成分類(1)水石流一般含有非常不均勻的石塊和砂礫（大于2厘米者占80%），粉砂、粘土質(zhì)細粒物質(zhì)含量少（5%以下）。堆積物常常是很大的粗碎屑物質(zhì)。稀性。(2)泥石流既含有很不均一的粗碎屑成分（大于2厘米者占20%~70%），

，又含有相當(dāng)多的組粒物質(zhì)（粉砂10~20%、粘土質(zhì)5%以上）。有一定的粘結(jié)性，堆積物常形成了粘結(jié)較牢固的土石混合物。稀性或粘性。(3)泥流基本上由細碎屑和粘土物質(zhì)組成（80~90%），粗碎屑物含量很少，黃土高原地區(qū)分布有此類泥石流。稀性或粘性。泥石流型泥流型水石流型三、按泥石流的流體性質(zhì)分類

(1)粘性泥石流

含有大量的細粒粘土物質(zhì)，固體物質(zhì)含量占40-60%，粘性很大。它的密度大（>1.6t/m3）。粘度大于0.3帕秒。浮托力強。有明顯的爬高和截彎取直作用，堆積區(qū)不發(fā)生散流，堆積物無分選性，較密實。

(2)稀性泥石流

水是主要成分，固體物質(zhì)占10-40%，且細粒物質(zhì)少，不能形成粘稠的整體，粘度小于0.3帕秒。水泥漿速度遠遠大于石塊的運動速度，石塊以滾動或躍移方式下泄。堆積區(qū)呈扇狀散流，將原來的堆積扇切割成條條深溝。堆積物地面較平坦，結(jié)構(gòu)較松散，層次不明顯，沿流途的停積物有一定的分選性。粘性泥石流稀性泥石流四.自然及人為泥石流礦渣泥石流(云南湯丹)礦山棄渣(四川鹽井溝)一泥石流堆積特征堆積物是泥石流強大的侵蝕、輸移和堆積的產(chǎn)物。其隱藏大量的信息。研究其堆積物形成過程、組成物質(zhì)及物化特征、粒度特征、結(jié)構(gòu)特征、地貌作用過程，對于研究泥石流形成歷史，運動規(guī)律，發(fā)展趨勢十分重要。（一）侵蝕輸移堆積過程一）侵蝕過程侵蝕過程是指巨大能量的泥石流對途徑溝坡的破壞過程，包括：沖刷、撞擊、震動、掏刷切坡引起斜坡失穩(wěn)。侵蝕的結(jié)果使溝道變深、變寬，并沿途補充物質(zhì)。1、侵蝕方式

下切蝕侵：飽和前液態(tài)的下切侵蝕，飽和后對溝床的碰撞、磨蝕、因振動產(chǎn)生溝床物質(zhì)液化。強烈者可一蝕至底直到堅硬基石，如有強烈者一次下切達十余米。

側(cè)方侵蝕：表現(xiàn)為側(cè)蝕溝岸，將其物質(zhì)卷入流體中，側(cè)蝕掏空坡底，引起坍塌、滑坡；曲溝段側(cè)蝕，對曲流凹岸強烈沖刷。朔源侵蝕：由于下切侵蝕迅速加深溝谷后，溝谷源頭因重力侵蝕作用不斷向分水嶺方向后退。

第四節(jié)泥石流的特征2、侵蝕特征1）強度、規(guī)模大。比水的侵蝕強烈的多，如一次可達十余米，侵蝕模數(shù)大（較一般水土流失而言）。2）突發(fā)性、快速性。有時在數(shù)小時或數(shù)分鐘內(nèi)形成巨大侵蝕量，如有的數(shù)分鐘侵蝕量達萬余立方米。3）空間不連續(xù)性。侵蝕動力來源于物質(zhì)的重力運動能，其在小流域的狹窄溝道較充分，屬于小流域活動，孤立的，地域上不連續(xù)。4）時間上短暫性。一般活動在幾分鐘，幾小時，最多1—2天內(nèi)完成活動。3、影響侵蝕的因素

泥石流的稀、粘狀態(tài)，直接影響其結(jié)構(gòu)特征、流速與分布、運動狀態(tài)。粘性泥石流侵蝕能力大于稀性泥石流。稀性者以碎屑物摩擦、碰撞為主；粘性者沖擊力、震動力巨大，沖刷、掏刷力大。泥石流運動動力來自物質(zhì)重力和水的動力。稀性者，二相流狀態(tài)（因固、流速不同），邊界流速較小，故侵蝕力小；粘性者，動力主要來自固體重力，水失去動力源性質(zhì)，成為潤滑劑。一相流狀態(tài)，垂直及水平分布上流速梯度小，運動速度快。環(huán)境條件的影響：包括溝坡陡緩，溝道寬窄陡緩變化，沿途被侵蝕區(qū)的巖性，破碎完整性，降水條件影響，植被的影響等。二）輸移過程指泥石流通過流動，將其固體物質(zhì)由一地移至另一地的過程，它不同于水流對泥沙的輸移過程。水流輸移時，水是輸移介質(zhì)，泥石是對象；泥石流是水、固結(jié)合共同完成，粘性泥石流是靠泥沙的重力完成輸移過程。1、輸移形態(tài)紊動輸移形態(tài)：

稀性泥石流低重度、低粘度、結(jié)構(gòu)性差，漿體對流體內(nèi)部和邊界層的減阻作用小，導(dǎo)致流體內(nèi)部及與床壁間摩擦、碰撞作用強，流體紊動性強，呈紊動輸移狀態(tài)。

粘性泥石流因容重及受力狀態(tài)不同，具各種輸移形態(tài)。如：

蠕動輸移形態(tài)：容重大于2.2T/M3

的泥石流，常稱塑性泥石流，結(jié)構(gòu)極完整，整體運動性強，流速低（一般<0.5m/秒）。

層動輸移形態(tài)：容重2.0—2.2T/M3,粘度高，結(jié)構(gòu)性強，減阻作用大，維系整體運動能力強，內(nèi)部穩(wěn)定，運動快速。

滑動輸移形態(tài)：下部層動，上部塞流形態(tài)，結(jié)構(gòu)性強，流動快速，沖擊力強，強大浮力及支撐能力。介于稀性與粘性之間，容重1.5—2.0T/M3，輸移形態(tài)很復(fù)雜。如容重1.5—1.8T/M3，一般主體是紊動輸移；容重1.8—2.0T/M3，一般主體是層動輸移。2、輸移過程1）斷續(xù)的陣性輸移過程過程中表現(xiàn)為流動與停歇間斷，或快流與慢流交互，陣列式運動。由于流體的密度大，因而結(jié)構(gòu)性整體性強、抗剪強度大。運動中不斷積累運動能量和消耗能量，彼消此長的轉(zhuǎn)化過程。一場泥石流出現(xiàn)幾陣、幾十陣至上百陣。2）連續(xù)性輸移過程：往往稀泥石流，容重小，河砂少，粘性、整體性差，抗剪強度小，自由流動大，無需物質(zhì)積累便能自發(fā)沿溝床運動，直到運動停止。3）多次泥石流運動復(fù)合：如后陣壓致前陣，或后陣追逐前陣的運動。三）堆積過程泥石流流出山口或流入寬谷后，運動停止，產(chǎn)生堆積，是因為運動速度迅速減小，能量急劇降低。地形開闊使兩側(cè)失去邊界約束，橫向環(huán)流獲得發(fā)展，流體向兩側(cè)展寬變薄，摩阻力急劇增大，不再運動而停止。堆積類型有：溝口堆積過程：發(fā)生于山區(qū)小流域的溝口處，堆積主要成扇形、錐形、舌形。出山口后大顆粒首先發(fā)生堆積，在粗大顆粒阻擋下，較細粒物質(zhì)也隨之堆積，形成與山洪相反的堆積系列。當(dāng)堆積至一定規(guī)模后，后續(xù)流便改道，繞道至低處堆積?？赡芤粓瞿嗍鞫嗵幐牡蓝逊e或多場泥石流反復(fù)改道，反復(fù)堆積，形成堆積扇。對于粘性泥石流形成壟崗堆積，由于其結(jié)構(gòu)和整體性，雖然有展寬、平的特征，其整體形態(tài)仍保持，停止運動后，形成壟崗堆積，后續(xù)流繞過壟崗，在低處也形成壟崗堆積，不斷反復(fù)，相互超覆和疊置，最終形成扇形或錐形。舌形扇形錐形溝道堆積過程：溝道堆積十分豐富，復(fù)雜。

滿床堆積。即堆積充滿整個溝床，發(fā)生于物質(zhì)供應(yīng)不足，導(dǎo)致能量不足的情況，稀性者，均一細粒的泥石流堆積，無分選，粗細物質(zhì)不均，大顆粒先沉積，細粒繞過粗粒在前緣形成陡坎，狀似龍頭；粘性者，溝內(nèi)整體堆積，具有龍頭，堆積物也可能被后續(xù)泥石流再一次侵蝕、震動液化轉(zhuǎn)為泥石流帶走。有時被山洪改造形成階地。中泓堆積。泥石流進入寬谷后，動力不足，在中泓部位發(fā)生龍崗堆積，此堆積極易被后續(xù)山泥石流改造破壞，很難保存。

側(cè)方堆積。多發(fā)生于粘性泥石流寬谷段，因其結(jié)構(gòu)、整體性好，不可能充滿全谷，受自身動力約束，在一側(cè)或兩側(cè)堆積，不受溝床邊界影響，形成自由邊界，流體橫向比降大。彎道超高堆積。進入彎道受離心力影響，流體涌向凹岸，出現(xiàn)超高現(xiàn)象。一部分粗粒物質(zhì)失去動能形成堆積，堆積往往由粗粒構(gòu)成。彎道拋高堆積。若彎道半徑較小，泥石流與溝道強烈碰撞，一部分流體被擊碎而上拋，形成拋高流體而散落堆積于岸坡上。分流堆積過程。流經(jīng)彎道時，若超高高度超過彎道坡高較多，后續(xù)流便在主河的階地、平臺內(nèi)上形成分流并產(chǎn)生堆積。

縫隙堆積過程。泥石流堆積于溝谷的基石裂隙內(nèi)，形成堆積的現(xiàn)象。（二）堆積物宏觀構(gòu)造及結(jié)構(gòu)

泥石流堆積與崩塌堆積、河道堆積、冰磧不同?？蓮亩逊e物結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地貌形態(tài)及堆積環(huán)境等角度進行鑒別。

泥石流沉積有大小混雜、泥礫、漂礫、擦痕、磨光面、磨圓度差等現(xiàn)象一）宏觀構(gòu)造稀性泥石流：堆積區(qū)呈扇狀散流，將原來的堆積扇切割成條條深溝。堆積物地面較平坦，結(jié)構(gòu)較松散，層次不明顯，沿流途的停積物有一定的分選性。前端，先沉積，大部分粗大顆粒位于前端，以粗為主，粗細混雜，粗大礫相互支撐，扁平顆粒疊瓦狀微傾上游，底部有中細粒聚集層；中部，由于大量水流溢出，將細粒帶入底部，出現(xiàn)上部粗粒底層細粒的構(gòu)造；尾部，為挾沙流性質(zhì)以粗砂堆積為主，常出現(xiàn)石線構(gòu)造、疊瓦構(gòu)造。粘性泥石流：堆積區(qū)不發(fā)生散流，堆積物無分選性,野外最易辨認，泥漿將大小粒包裹一起，結(jié)構(gòu)十分致密，細粒充填大粒之間，巨粒懸浮泥質(zhì)支撐，前端部扁平粒直立狀相互疊加，礫石包裹狀，結(jié)構(gòu)致密，巨礫摻雜。環(huán)狀流線構(gòu)造、反正粒級層理-混雜構(gòu)造、底泥-混雜構(gòu)造、荷載構(gòu)造等二）結(jié)構(gòu)特征泥石流的結(jié)構(gòu)是由其中的水體量與固體物質(zhì)量之比值以及固體物質(zhì)的粒徑級配和礦物成分所決定的，存在三種密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)和格架結(jié)構(gòu)。

1網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由粘粒（包括＜0.005mm粘粒和0.05~0.005mm粉粒)和含電解質(zhì)的水所構(gòu)成的，屬細粒漿所固有,有松散的、較緊密的、緊密的和極緊密的四種狀態(tài)（鏈狀、絮狀、蜂窩狀、聚合狀）。隨著漿體中粘粒成分的增加，自由水愈來愈少，而束縛在粘粒表面的水化膜又愈來愈薄，使粒間連結(jié)強度加大。2網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)系由砂粒和細粒漿體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，屬粗粒漿體所固有。分為懸著型、過渡型、充填型、嵌入型。砂粒在鏈狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的細粒漿體中處于沉底狀態(tài)，不能形成網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)；而在其它三種狀態(tài)下就可束縛在結(jié)構(gòu)之中構(gòu)成一個較均一的整體結(jié)構(gòu)。含砂量愈大和細粒漿體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)強度愈大，則網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)強度也愈大。3格架結(jié)構(gòu)

是由石塊與具有網(wǎng)粒結(jié)構(gòu)的粗粒漿體所構(gòu)成，是泥石流體最主要的結(jié)構(gòu)。石塊在粗粒漿體中可有懸浮、支承和沉底三種狀態(tài)。呈現(xiàn)四類格架結(jié)構(gòu)：星懸型、支承型、疊置型和鋃嵌型，它們的強度也依次增加。格架結(jié)構(gòu)泥石流體的強度較前兩種結(jié)構(gòu)要大，因而它的沖擊力也最大。尤其是鋃嵌格架結(jié)構(gòu)，當(dāng)運動時整體性強，石塊間不會發(fā)生猛烈的撞擊，普遍發(fā)生力的傳遞；它的沖擊力特別大，危害最為嚴重。二、泥石流地貌特征（一）侵蝕地貌強大沖刷、掏蝕、碰撞作用，對所經(jīng)溝道改造，破壞作用強烈。破碎坡：泥石流的作用，使坡體大量崩滑，刻蝕等留下許多溝槽，擦痕等行跡，形貌好似山體破碎?；鶐r谷：下蝕、側(cè)蝕、摩擦作用，使基巖面下切、擦痕、磨光等行跡。角峰：兩相鄰泥石流溝發(fā)生側(cè)蝕后，使分水嶺強烈破壞，解體為許多小山峰。（二）堆積地貌堆積扇（錐）：主要地貌形式?？梢允谴闋?、上疊式、側(cè)疊式、復(fù)合式。堆積壟崗：是堆積自重壓實作用下演化而成，尤其粘性泥石流。也有側(cè)積、超高堆積、分流堆積。（三）侵蝕---堆積地貌共同作用形成。階地：山洪對泥石流堆積物的改造結(jié)果。葫蘆谷：軟硬相間的溝谷，軟谷段侵蝕加寬大量堆積，峽谷難以改造很少堆積，結(jié)果堆積物平面上形似葫蘆。三、泥石流漿體的剪應(yīng)力泥石流體的流變性是最基本的性質(zhì)，它反映了流體的結(jié)構(gòu)及強度，控制泥石流力學(xué)性質(zhì)和運動規(guī)律。這里討論泥石流漿體（指土粒小于2mm的那部分粗粒漿體）的情況。

流體在運動狀態(tài)下，有一種抗拒內(nèi)在向前運動的特性，稱為粘性。粘性是流動性的反面。運動著的流體內(nèi)部相鄰兩層間的相互作用力，稱為流體的內(nèi)摩擦力。它是流體粘性的表現(xiàn)，又稱為粘滯力或粘性摩擦力。流體流動時必須克服內(nèi)摩擦力而作功，從而流體的一部分機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫鴵p失掉。

粘附在上板底面的一薄層液體也以速度u隨上板運動，其下各層液體的速度依次降低，粘附在下板表面的液層速度為零。實驗證明：對于一定的液體，內(nèi)摩擦力F與兩流體層的速度差△u成正比；與兩層之間的垂直距離△y成反比；與兩層間的接觸面積S成正比，即F若把上式寫成等式，就需引進一個比例系數(shù)，即μ

F=內(nèi)摩擦力F與作用面S平行。單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為內(nèi)摩擦應(yīng)力或剪應(yīng)力，以表示，于是上式可寫成上式只適用于u與y成直線關(guān)系的場合。當(dāng)流體在管內(nèi)流動時，徑向速度的變化并不是直線關(guān)系，而是曲線關(guān)系，則上式應(yīng)改寫成式中

—速度梯度，即在與流動方向相垂直的y方向上流體速度的變化率；

—比例系數(shù)，其值隨流體不同而異，流體的粘性愈大，其值愈大，所以稱為粘滯系數(shù)或動力粘度，簡稱為粘度。

公式所顯示的關(guān)系，稱為牛頓粘性(內(nèi)摩擦）定律（牛頓1686年實驗提出）。主要有蠕動流、紊動流和擾動流三種，各本構(gòu)方程為：(1)蠕動流是一種似層流，流線大致平行，流速0·3～0·5米/秒以下。其流變方程為：

蠕動流速一般較小，流速梯度也較小，流體中的石塊移動和轉(zhuǎn)動緩慢，流線略受干擾。為了與典型的層流相區(qū)別，故稱蠕動流。

總之，稀性泥石流多呈紊動流。粘性泥石流多為擾動流。溝床順直、縱坡平緩而石塊又較小時，可為蠕動流。以上各模型都沒有考慮滑動情況，實際上高速運動時滑動十分明顯。因其方程理想化、簡化、運動的不確定性，以上本構(gòu)方程應(yīng)用相當(dāng)困難。(2)紊動流紊動流與挾沙水流的紊流大體相同。尤其是稀性泥石流漿體結(jié)構(gòu)十分脆弱，故其流變方程與水流紊流流變方程相同，即：式中：為切應(yīng)力；為泥漿體密度；為混合長度；為流速梯度；為泥石流體中距溝床底處的流速。

(3)擾動流

最常見的一種流態(tài)。漿體的結(jié)構(gòu)強度大，結(jié)構(gòu)只遭部分破壞。若流體中無石塊，流態(tài)則為塞流或?qū)恿鳎魉?米/秒左右）。有石塊，運動中石塊相互猛烈碰撞,流態(tài)便發(fā)生變化,成為擾動流,其流變方程切應(yīng)力為：分別為泥石流運動時與結(jié)構(gòu)變化和擾動強度有關(guān)的修正系數(shù)；m為指數(shù)，一般取2；為賓漢極限切力；為流體的粘度（似剛性系數(shù)）；

總之，稀性泥石流多呈紊動流。粘性泥石流多為擾動流。溝床順直、縱坡平緩而石塊又較小時，可為蠕動流。以上各模型都沒有考慮滑動情況，實際上高速運動時滑動十分明顯。因其方程理想化、簡化、運動的不確定性，以上本構(gòu)方程應(yīng)用相當(dāng)困難。四、泥石流基本特征值的確定泥石流基本特征值也稱泥石流運動參數(shù)，它是定量預(yù)報泥石流以及設(shè)計、計算泥石流防治措施必不可少的數(shù)據(jù)。特征值主要是：泥石流的密度、流速、泥位及方量。1.泥石流密度的確定泥石流流速、流量和方量的計算，都需要其平均密度值，設(shè)計、計算防治工程的結(jié)構(gòu)和尺寸時，也必須有泥石流的密度值。確定泥石流密度方法有多種，如實測法、配樣稱重法、基于粘粒含量的計算法等。這里介紹一種實測法，現(xiàn)場選擇剛停積下來的泥石流堆積物的典型剖面，確定土石成分,確定各占體積百分數(shù),用下式計算：式中：為固體物質(zhì)的的密度（t/m3）；為固體物質(zhì)含量的體積百分數(shù)。上述方法只適用于粘性泥石流，對稀性泥石流不適用。2.泥石流流速的確定

確定泥石流流速的方法：直接觀測、調(diào)查訪問法、躍高法、經(jīng)驗公式、理論公式等。下面介紹半理論、半經(jīng)驗計算公式。(1)稀性泥石流我國鐵道部第一設(shè)計院推薦的計算公式為：

式中：為泥石流斷面平均流速（m/s）；為泥石流體的水力半徑（m），可近似取泥位深度；

I為泥石流泥位（表面）縱坡降（%）；α為阻力系數(shù)，，其中為泥石流的修正系數(shù),，為泥石流密度，為泥石流固體物質(zhì)的密度(2)粘性泥石流我國陳光曦等根據(jù)在東川幾條典型粘性泥石流溝的觀測資料等，推導(dǎo)出的計算公式為：式中：H為泥深（m）；I為泥位縱坡降（‰）；K為流速系數(shù)，可查表獲得3.泥石流流量的確定

流量確定方法有雨洪修正法和泥痕調(diào)查法兩種。(1)雨洪修正法東川泥石流流量計算改進公式為：式中：

為清水流量；為修正系數(shù)；為泥石流堵塞系數(shù)，一般1~3

。具體確定參考有關(guān)書籍。(2)泥痕調(diào)查法據(jù)泥石流泥痕和溝槽形態(tài)，按下式計算泥石流流量：

式中：和分別為泥石流過流斷面的面積和流速。

4.泥石流泥位的確定與洪水位一樣，泥位既可反映泥石流的流速和流量，又可反映泥石流的規(guī)模和危險度。一旦達到或超過危險泥位（如同洪水的警戒水位）時，就會釀成災(zāi)害，所以，泥位也是泥石流定量預(yù)報和設(shè)計，計算防治措施時的重要參數(shù)之一。泥位標高通過現(xiàn)場泥痕調(diào)查獲得。5.泥石流方量的確定指泥石流堆積的方量。是表征泥石流危險度的重要指標。確定方法可以是根據(jù)泥石流過程直接求得；或者是根據(jù)泥石流過境痕跡，以測定整個泥石流沖出物在堆積區(qū)堆積方量的方式求得。

泥石流發(fā)生的判別模式外動力條件（R）洪水rc＜1.3tf/m3QC=QB+QH泥石流rc≥1.3tf/m3QC=QB+QH冰川融雪暴雨潰壩地下水流域環(huán)境條件（M）地表條件松散物產(chǎn)狀條件匯流條件運移空間條件無前期降雨有前期降雨第六節(jié)泥石流的預(yù)測預(yù)報及危險性評估

大體上包括幾個方面的內(nèi)容：空間預(yù)測；時間預(yù)報；暴發(fā)危險度的判定;危險性評估。一、泥石流時間預(yù)報

泥石流的暴發(fā)，是在一定的地形、地質(zhì)條件下，由于強烈的地表徑流激發(fā)所致，因此，有可能用臨界降水量或臨界徑流量這一指標來預(yù)報泥石流。災(zāi)害暴雨，它的定義是：突如其來的、稀遇的、強度大的、能造成災(zāi)害的猛烈降雨。由此激發(fā)的泥石流，即為災(zāi)害暴雨泥石流。預(yù)報的主要氣象指標有：季節(jié)指標、天氣尺度系統(tǒng)指標、日暴雨量指標及小時雨強指標。災(zāi)害暴雨泥石流發(fā)生季節(jié)，有明顯的地區(qū)差異，根據(jù)這一差異，可提出各地區(qū)泥石流預(yù)報的月份指標。天氣尺度系統(tǒng)地區(qū)差異明顯。沿海地區(qū)主要是熱帶風(fēng)暴，西南、西北地區(qū)主要是低渦和切變線，根據(jù)歷史上及近來的泥石流資料統(tǒng)計分析，依其影響的天氣系統(tǒng)的主次，確定各地區(qū)預(yù)報的主要和次要天氣系統(tǒng)指標。各地發(fā)生泥石流的暴雨量級差別甚大。如東南沿海地區(qū)及四川盆地邊緣山地，特大或大暴雨（>200mm或100-200mm）才能發(fā)生災(zāi)害性泥石流；在西北地區(qū)，大雨（20-50mm）就有可能發(fā)生災(zāi)害性泥石流。發(fā)生災(zāi)害暴雨泥石流的雨強指標也存在差別。已發(fā)生的一些典型災(zāi)害暴雨泥石流的雨強資料，結(jié)合日雨量指標分析，即可提出各地區(qū)災(zāi)害暴雨泥石流預(yù)報的小時雨強指標。二、泥石流空間預(yù)測

主要是編制不同比例尺的泥石流分布圖。小比例尺泥石流分布圖也可叫一覽圖，判明泥石流危險地區(qū)的概略分布狀況，中、大比例尺泥石流分布圖一般在泥石流危險地區(qū)編制。中比例尺泥石流分布圖的比例尺1：10萬——1：50萬。主要任務(wù)是研究泥石流形成的一般規(guī)律和它的形成條件，估算危險度。大比例尺泥石流分布圖的比例尺1：1萬——1：5萬。詳細評價泥石流現(xiàn)象，泥石流溝流域的特征，用以擬定泥石流防治措施和組建定位觀測的基本圖件。

暴雨泥石流發(fā)生與否的綜合判別式Y(jié)＝R·M式中：Y一泥石流發(fā)生與否的綜合指標。當(dāng)Y＞35時，發(fā)生泥石流的機率約為85％；當(dāng)Y<25時，不發(fā)生泥石流的機率約為83％。當(dāng)Y＝25～35時，即介于泥石流可能發(fā)生與不發(fā)生之間。R一一降雨條件函數(shù)M一一流域環(huán)境動態(tài)函數(shù)。YM3.58.411.37R3.110.8526.0435.2474.214.7035.2847.75410.03584113.7三、泥石流暴發(fā)危險度的判定泥石流溝易發(fā)程度的分級標準泥石流溝易發(fā)程度的分級標準極易發(fā)（嚴重）總分>114Y>35各項影響因素均很活躍，處境嚴峻有一觸即發(fā)之勢，發(fā)生泥石流可能性很大中等易發(fā)（中等）114>總分>8735>Y>25各項影響因素活躍，個別因素很活躍，發(fā)生泥石流可能性較大輕度易發(fā)（輕度）87>總分>4025>Y>10各項影響因素不很活躍，有可能發(fā)生泥石流不易發(fā)生總分<40Y<10各項影響因素均較穩(wěn)定，發(fā)生泥石流可能性較小降雨條件函數(shù)RR=K(H24/H24(D)+H1/H1(D)+H1/6/H1/6(D))式中：H24－－24小時或日降雨量（毫米）H1－－最大小時降雨量（毫米）H1/6－－最大十分鐘降雨量（毫米）K－－有前期降雨的修正系數(shù)H24(D)－－可能發(fā)生泥石流的24小時降雨量限界值H1(D)－－可能發(fā)生泥石流的1小時降雨量限界值H1/6(D)－－可能發(fā)生泥石流的十分鐘降雨量限界值R<3.1安全雨情R≧3.1可能發(fā)生雨情R=3.1～4.2發(fā)生幾率<0.2R=4.2～10發(fā)生幾率0.2～0.8R>10發(fā)生幾率>0.8各地區(qū)限界雨量值表年降雨分區(qū)H24(D)H1(D)H1/6(D)Ho(D)代表地區(qū)>1200100401270浙江、福建、臺灣、廣東、廣西、江西、海南、湖南、湖北、安徽、河南、京郊、遼東及云南西部、西藏東南部等省山區(qū)1200-80060201035四川、貴州、云南東部、陜西南部、河南、山西東部、河北西部、吉林、黑龍江、遼寧西部等省山區(qū)800-4003015620陜西北部、新疆部分、內(nèi)蒙、寧夏、山西、甘肅、四川西北部、西藏等省山區(qū)<4002515515西藏、新疆、青海及甘肅、寧夏兩省黃河以西地區(qū)流域環(huán)境動態(tài)函數(shù)

15M==∑KI·Ni

i=1式中：