1、讨论崩塌,泥石流,滑坡三种地质灾害的形成条件和整治措施有何不同
一、崩塌
(一)崩塌定义
高陡斜坡(含人工边坡)上的岩土体完全脱离母体后,以滚动、跳动、坠落等为主的移动现象与过程,称为崩塌。危岩体是正在开裂变形,并可能发生崩滑的危险山体(图1-1)。
该类灾害具有下落速度快、发生突然,垂直位移大于水平位移的特点。崩塌对斜坡底部的房屋、道路及其它建筑物危害很大,极易造成人员伤亡事故。
(二)崩塌分类
按崩塌体的物质组成分为两大类:一是产生在土体中的,称为土崩。二是产生在岩体中的,称为岩崩。当其岩崩的规模巨大,涉及到山体者,又俗称山崩。当其崩塌产生在 图1-1 崩塌示意图
河流、湖泊或海岸上时,称为岸崩。
按照崩塌体的规模、范围、大小可以分为剥落、坠石和崩落等类型。剥落的块度较小,块度大于0.5米者占25%以下,产生剥落的岩石山坡一般在30—40度;坠石的块度较大,块度大于0.5米者占50—70%,山坡角在30—40度范围内;崩落的块度更大,块度大于0.5米者占75%以上,山坡角多大于40度。
(三)崩塌的形成条件
岩土类型、地质构造、地形地貌三个条件,又统称地质条件,它是形成崩塌的基本条件。
1、岩土类型:一般而言,各类岩、土都可以形成崩塌,但不同类型,所形成崩塌的规模大小不同。通常,岩性坚硬的各类岩浆岩、变质岩及沉积岩类的碳酸盐岩、石英砂岩、砂砾岩、初具成岩性的石质黄土、结构密实的黄土等形成规模较大的崩塌;页岩、泥灰岩等互层岩石及松散土层等往往以小型坠落和剥落为主。
2、地质构造:各种构造面,如节理、裂隙面、岩层界面、断层等,对坡体的切割、分离,为崩塌的形成提供脱离母体(山体)的边界条件。坡体中裂隙越发育,越易产生崩塌,与坡体延伸方向近于平行的陡倾构造面,最有利于崩塌的形成。
3、地形地貌:江、河、湖(水库)、沟的岸坡及各种山坡、铁路、公路边坡、工程建筑物边坡及其各类人工边坡都是有利崩塌产生的地貌部位,坡度大于45度的高陡斜坡、孤立山嘴或凹形陡坡均为崩塌形成的有利地形。
能够诱发崩塌的外界因素很多,主要有:
1、地震:地震引起坡体晃动,破坏坡体平衡,从而诱发崩塌。一般烈度大于7度以上的地震都会诱发大量崩塌。
2、融雪、降雨:特别是大雨、暴雨和长时间的连续降雨,使地表水渗入坡体,软化岩、土及其中软弱面,产生孔隙水压力等,从而诱发崩塌。
3、地表水的冲刷、浸泡:河流等地表水体不断地冲刷坡脚或浸泡坡脚、削弱坡体支撑或软化岩、土,降低坡体强度,也能诱发崩塌。
(四)可能诱发崩塌的人类工程经济活动
在形成崩塌的基本条件具备之后,诱发因素就显得重要了。诱发因素作用的时间和强度都与崩塌有关。能够诱发崩塌的外界因素很多,其中人类工程活动及人类经济(生产)活动是诱发崩塌的一个重要原因。
1、采掘矿产资料:我国在采掘矿产资源活动过程中出现崩塌的例子很多。有露天采矿场边坡崩塌,也有地下采矿形成采空区引起地表崩塌的。较常见的如煤矿、铁矿、磷矿、石膏矿、粘土矿等。
2、道路工程开挖边坡:修筑铁路、公路时,开挖边坡切割了外倾的或缓倾的软弱地层,加之大爆破对边坡强烈震动,有时削坡过陡都可以引起崩塌。此类实例较多。
3、水库蓄水与渠道渗漏:这里,主要是水浸润和软化作用,以及水在岩体(土体)中的静水压力、动水压力,可能导致崩塌发生。
4、堆(弃)渣填土:加载、不适当的堆碴、弃碴、填土,如果处于可能生产崩塌的地段,等于给可能的崩塌体增加了荷载,从而可能而诱发崩塌。
5、强烈的机械震动。如火车机车行进中的震动,工厂锻轧机械震动均可起诱发作用。
二、滑坡
(一)滑坡定义
图1-2 滑坡示意图
滑坡是斜坡岩土体在重力和水,以及其他外营力的作用下,沿某一薄弱结构面产生剪切破坏的一种不良地质现象,是自然作用或与人类活动等因素综合作用的产物(图1-2)。自然界中,无论是天然斜坡还是人工斜坡都不是固定不变的,在不同因素的作用下,斜坡一直处于不断地发展和变化之中。
(二)滑坡的形成条件
滑坡的形成与气象水文、地层岩性、地质构造、地形地貌、外营力改造和人类工程活动等因素密切相关。松散土体和高陡的斜坡是形成滑坡的内因,河流冲刷及淘蚀是产生滑坡的外因,人类工程活动和降雨是发生滑坡的主要诱发因素。
1、地层岩性:岩、土体是产生滑坡的物质基础。通常,各类岩、土都有可能构成滑坡体,其中结构松软,抗剪强度和抗风化能力较低,在水的作用下其性质易发生变化的岩、土,如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。
2、地质构造:斜坡岩、土只有被各种构造面切割分离成不连续状态时,才可能具备向下滑动的条件。同时,构造面又为降雨等进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层理面、岩性界面、断层发育的斜坡,特别是当平行和垂直斜坡的陡倾构造面及顺坡缓倾的构造面发育时,最易发生滑坡。
3、地形地貌:只有处于一定地貌部位、具备一定坡度的斜坡才可能发生滑坡。一般江、河、湖(水库)、海、沟的岸坡,前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物边坡等都是易发生滑坡的地貌部位。坡度大于10度、小于45度、下陡中缓上陡、上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形。
4、水文地质作用:各种软弱层、强风化带因组成物质中粘土成分多,容易阻隔、汇聚地下水,如果上坡上方或侧方有丰富的地下水补给,则这些软弱层或风化带就可能成为滑动带而诱发滑坡。
地下水在滑坡的形成和发展中的主要作为表现为:
地下水进入滑坡体增加了滑体的重量,滑带土在地下水的浸润下抗剪强度降低;地下水位上升产生的静水压力对上覆不透水层产生浮托力,降低了有效正压力和摩擦阻力;地下水与周围岩体长期作用改变岩土的性质和强度,从而引发滑坡;地下水运动产生的动水压力对滑坡的形成和发展起促进作用。
5、人为工程活动影响
不合理人为工程活动,如人工开挖斜坡前缘开挖坡脚或后缘堆载,改变了斜坡的外形和应力状态,增大了滑体的下滑力,减小了斜坡的支撑力,从而引发滑坡。农田灌溉、水渠和水池漫溢和漏水、废水排放等加剧滑坡的可能性。
(三)可能诱发滑坡的人类工程经济活动
违反自然规律,破坏斜坡稳定条件的人类活动都会诱发滑坡。例如:
1、开挖坡脚:修建公路、铁路、依山建房、建厂等工程,常常因使坡体下部失去支撑而发生下滑。例如,我国西南、西北的一些铁路、公路,因修建时大力爆破、强行开挖,事后,陆陆续续地在边坡上发生了滑坡,给道路施工、运营带来危害。
2、蓄水、排水:水渠和水池的漫溢和漏水、工业生产用水和废水的排放、农业灌溉等,均使水流渗入坡体,加大孔隙水压力,软化土石,增大坡体容重,从而促进或诱发滑坡的发生。水库的水位上下急剧变动,加大了坡体的动水压力,也可诱发滑坡发生。
3、堆填加载:在斜坡上大量兴建楼房、修建重型工厂、大量堆填土石、矿渣等,使斜坡支撑不了过大的重量,失去平衡而沿软弱面下滑。尤其是矿厂废渣的不合理堆弃,常常触发滑坡的发生。
此外,劈山开矿的爆破作用,可使斜坡的岩土体受振动而破碎,产生滑坡,在山坡上乱砍滥伐,使坡体失去保护,便有利于雨水等水体的入渗从而诱发滑坡;等等。如果上述的人类作用与不利的自然作用互相结合,则就更容易促进滑坡的发生。
三、泥石流
(一)泥石流定义
泥石流是山区常见的一种自然地质灾害,大都形成于沟谷和坡地,由于暴雨或冰湖、水库等溃决而在沟谷或坡面产生的一种携带有大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流,是一种危害性极强的地质灾害。泥石流灾害具有突然爆发、历时短暂和破坏力强大的特点,是各种自然因素和人类工程活动因素共同作用的产物。
(二)泥石流的形成条件
泥石流的形成通常需要具备以下三个条件:有物源条件、水源条件和特定的地貌条件(图1-3)。
1、物源条件:系指物源区固体松散物的分布、类型、储备量以及补给距离等,能提供大量的固体松散物。固体松散物的来源决定于地层岩性、风化作用和气候条件等因素。
图1-3 泥石流示意图
物源条件主要受地质构造和岩性、新构造运动、不良物理地质作用、人类工程活动等因素的制约。在断裂强烈发育带,岩石破碎,易风化而处于不稳定状态,从而为泥石流提供了丰富的固体物质;岩石性质不仅决定着岩体破坏的难易和方式,而且还决定所形成泥石流的性质。
2、地形地貌条件:地形地貌条件是形成泥石流的内因和必要条件,它制约着泥石流的形成和运动,影响着泥石流的规模和特性。在泥石流的形成条件中,地形地貌条件是相对稳定的,其变化是缓慢的,同时在泥石流的活动过程中,也被再塑造。
地形地貌对泥石流的发生和发展主要具有两个方面的作用:首先是通过沟床的地势条件为泥石流提供位能,赋予泥石流一定的侵蚀、搬运和堆积的能量;同时在坡地或沟槽的一定演变阶段内,提供足够数量的水体和土体。沟谷的流域面积、沟床纵坡降、流域内山坡平均坡度、沟谷形态以及植被覆盖情况等都对泥石流的形成和发展具有重要的作用,泥石流的发生、发展和分布无不受到山地地貌特征的影响。
泥石流活动的过程形成—运移—堆积就是地表一次破坏和塑造过程:平面呈一不对称的哑铃形成区和堆积区的形态极不稳定;形成区由条带状向树枝状发展;流通区在发展过程中相对稳定;堆积区由于流域内来沙量的增长而不断扩展,进逼下游大河变形,导致河流改道。
3、水源条件:水不仅是泥石流的组成部分,同时也是固体物质的搬运介质。降雨历程、降雨量以及降雨强度等对泥石流形成具有明显的影响。
(三)可能诱发泥石流的人类工程经济活动
由于工农业生产的发展,人类对自然资源的开发程度和规模也在不断发展。当人类活动违反自然规律时,必然引起大自然的报复,有些泥石流的发生就是由于人类不合理的开发而造成的。近年来,因为人为因素诱发的泥石流数量正在不断增加。可能诱发泥石流的人类工程经济活动主要有以下几个方面:
1、不合理开挖:修建铁路、公里、水渠以及其他工程建筑的不合理开挖。有些泥石流就是在修建公路、水渠、铁路以及其他建筑活动时破坏了山坡表层而形成的。如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑,几乎每个工程都要劈山填海或填沟方可获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨,使正在施工的挖掘工程现场120人死于滑坡造成的泥石流。
2、不合理的弃土、弃渣、采石:不合理的弃土、弃渣及采石等形成的泥石流事例很多。如四川冕宁县泸沽铁矿汉罗沟,因不合理堆放弃土矿渣,1972年一场大雨暴发了矿山泥石流,冲出松散固体物质约10万立方米,淤埋成昆铁路300米和喜(德)——西(昌)公路250米,中断行车,给交通运输带来严重损失。
3、滥伐乱垦:滥伐乱垦会使植被消失、山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育,大大加重水土流失,进而山坡稳定性破坏,滑坡、崩塌等不良地质现象发育,结果就很容易产生泥石流。如甘川公路石坳子沟山上大耳头,原是森林区,因毁林开荒,1976年发生泥石流毁坏下游的村庄、公路,造成人民生命财产的严重损失。当地群众说:“山上开亩荒,山下冲个光”。
2、简述泥石流的形成条件及防治措施
一、泥石流的形成必须同时具备三个基本条件,分别是:地形条件、地质条件和气象水文条件。1、地形条件。要具有利于水和物质汇集和泥石流流动的高山深沟、陡峻地势、坡降大的沟河流域等地形地貌。泥石流形成区多为地形比较开阔、周围山高坡陡、岩石破碎、植被差等利于水和碎屑物质集中的三面环山、瓢状或漏斗状地貌;流通区的地形具有能够使泥石流急泻而下的深狭谷、大陡降谷床特征;堆积区一般为能使碎屑物堆积的开阔山前平原和河谷阶地地形。2、地质条件。地质条件决定了松散固体物质来源、组成、结构、补给方式和速度等。泥石流强烈发育的山区,多是地质构造复杂、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,既为泥石流准备了丰富的固体物质来源,也因地形高耸陡峻,高差对比大,为泥石流活动提供了强大的动能优势。
3、气象水文条件。水既是泥石流的组成部分,又是搬运泥石流物质的基本动力。泥石流的发生与短时间内大量流水密切相关,没有大量的流水,泥石流就不可能形成。因此,就需要在短时间内有强度较大的暴雨或冰川和积雪的强烈消融,或高山湖泊、水库的突然溃决等。气温高或高低气温反复骤变,已经长时间的高温干燥,均有利于岩石的风化破碎,再加上水对山坡岩土的软化、潜蚀、侵蚀和冲刷等,使破碎物质得以迅速增加,这就有利于泥石流的产生。
4、泥石流的形成与土壤及水的酸、碱度也有很大关系,碱性土壤地区(pH>7.0),有充足的岩石风化坡积物,即泥石流的固相物质,若遇山高坡陡的有利地形地貌条件,并有特大暴雨及连续降雨,使汇集在沟谷中的坡积物在水动力和重力作用下,便发生泥石流;在酸性土壤地区(pH<7.0),当松散的酸性固体物质在碱性较大的洪水中产生絮凝,只要配合有利的地形地貌条件,也易形成泥石流。
二、防治措施:
1、工程防治措施。泥石流工程治理要因势利导,顺其自然,就地论治,因害设防和就地取材,充分发挥泥石流排、拦、固防治技术特殊作用的有效联合。工程措施可分为治水工程、治土工程、排导工程、拦蓄工程和农田工程。
2、生物措施 。在城区后山流域的水源区,采用封山护林育草,涵养水源,以减少暴雨径流,保持水土。在泥石流形成区,通过营造不同类型的森林,保护、发展灌木林和草本植被,提高地表覆盖率,辅以冲沟沟头防护,沟内建生物谷坊群,坡地改梯地,陡坡地退耕还林,发展水平埝地,打地边埂,修集水沟、排水沟等农业土壤改良措施,建立较为完善的山地农业工程与泥石流生物防御体系,既保障农业生产,又改善山区生态环境,提高防治区的经济效益(发展用材林、薪炭林、经济林等)。通过有计划、有措施的组织活动,变泥石流防治工作为群众的自觉行动,进行长期治理。
3、农业措施。农业措施有退耕还林、等高耕作、滑坡体上水田变旱地、开发利用泥石流堆积扇等。城区后山区域主要是在防治区内现有耕地中,对大量的坡耕地逐步进行改造,即陡坡退耕还林,缓坡地等高耕作。
4、危险度区划和预测预报措施。泥石流的预防和治理措施开展泥石流危险度区划和预测预报,在泥石流易发山区划分出危险区与安全区,避开在危险区建设;建立泥石流预警站(点),开展监测和预警工作;危险地段设置警示牌,提醒过往行人、车辆注意安全;建立反应快速、机动灵活、保障有力的救灾抢险系统,泥石流灾害发生后及时开展紧急救援。
3、泥石流的分类有哪些
4、泥石流概述
定义:泥石流是含有大量固体物质的洪流,容重一般在1.2~2.3t/m3之间。
泥石流的性质和流态很不稳定,随固体物质在流体中的相对含量、固体物质的岩性和颗粒大小、河床形态和坡度等变化而变化;在泥石流运动过程中又随时间与地点的不同而变化。
泥石流的发生与松散固体物质条件、地貌条件、天气条件等有着密切关系。
1.地质条件
构造活跃地区,褶皱断层发育,岩层破碎,物理风化强盛,坡面碎屑物质众多,可为泥石流提供丰富的固体物质。
2.地貌条件
河沟深切,造成谷坡及沟谷纵向坡度都很大,且沟谷形式多为树冠状或羽状,即大量支沟汇于一条主沟,便于大量支沟水流同时汇集于主沟之中等。
3.诱发条件
主要是暴雨,冰雪融水、水体溃决等,特别是前期降水时间长,接着又有暴雨,可为泥石流提供足够的径流动力条件,最易引发泥石流。
5、地质作用有哪些,地质灾害有哪些,泥石流,滑坡
地质作用主要分为构造运动、岩浆活动、地震作用、变质作用、风化作用、斜坡重力作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用等。
地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化,以及地震、火山、地热害等。
泥石流是山区常见的一种自然地质灾害,大都形成于沟谷和坡地,由于暴雨或冰湖、水库等溃决而在沟谷或坡面产生的一种携带有大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流,是一种危害性极强的地质灾害.泥石流灾害具有突然爆发、历时短暂和破坏力强大的特点,是各种自然因素和人类工程活动因素共同作用的产物.
泥石流的形成条件
泥石流的形成通常需要具备以下三个条件:有物源条件、水源条件和特定的地貌条件
1、物源条件:系指物源区固体松散物的分布、类型、储备量以及补给距离等,能提供大量的固体松散物.固体松散物的来源决定于地层岩性、风化作用和气候条件等因素.
图1-3 泥石流示意图
物源条件主要受地质构造和岩性、新构造运动、不良物理地质作用、人类工程活动等因素的制约.在断裂强烈发育带,岩石破碎,易风化而处于不稳定状态,从而为泥石流提供了丰富的固体物质;岩石性质不仅决定着岩体破坏的难易和方式,而且还决定所形成泥石流的性质.
2、地形地貌条件:地形地貌条件是形成泥石流的内因和必要条件,它制约着泥石流的形成和运动,影响着泥石流的规模和特性.在泥石流的形成条件中,地形地貌条件是相对稳定的,其变化是缓慢的,同时在泥石流的活动过程中,也被再塑造.
地形地貌对泥石流的发生和发展主要具有两个方面的作用:首先是通过沟床的地势条件为泥石流提供位能,赋予泥石流一定的侵蚀、搬运和堆积的能量;同时在坡地或沟槽的一定演变阶段内,提供足够数量的水体和土体.沟谷的流域面积、沟床纵坡降、流域内山坡平均坡度、沟谷形态以及植被覆盖情况等都对泥石流的形成和发展具有重要的作用,泥石流的发生、发展和分布无不受到山地地貌特征的影响.
泥石流活动的过程形成—运移—堆积就是地表一次破坏和塑造过程:平面呈一不对称的哑铃形成区和堆积区的形态极不稳定;形成区由条带状向树枝状发展;流通区在发展过程中相对稳定;堆积区由于流域内来沙量的增长而不断扩展,进逼下游大河变形,导致河流改道.
3、水源条件:水不仅是泥石流的组成部分,同时也是固体物质的搬运介质.降雨历程、降雨量以及降雨强度等对泥石流形成具有明显的影响.
可能诱发泥石流的人类工程经济活动
由于工农业生产的发展,人类对自然资源的开发程度和规模也在不断发展.当人类活动违反自然规律时,必然引起大自然的报复,有些泥石流的发生就是由于人类不合理的开发而造成的.近年来,因为人为因素诱发的泥石流数量正在不断增加.可能诱发泥石流的人类工程经济活动主要有以下几个方面:
1、不合理开挖:修建铁路、公里、水渠以及其他工程建筑的不合理开挖.有些泥石流就是在修建公路、水渠、铁路以及其他建筑活动时破坏了山坡表层而形成的.如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑,几乎每个工程都要劈山填海或填沟方可获得合适的建筑场地.1972年一次暴雨,使正在施工的挖掘工程现场120人死于滑坡造成的泥石流.
2、不合理的弃土、弃渣、采石:不合理的弃土、弃渣及采石等形成的泥石流事例很多.如四川冕宁县泸沽铁矿汉罗沟,因不合理堆放弃土矿渣,1972年一场大雨暴发了矿山泥石流,冲出松散固体物质约10万立方米,淤埋成昆铁路300米和喜(德)——西(昌)公路250米,中断行车,给交通运输带来严重损失.
3、滥伐乱垦:滥伐乱垦会使植被消失、山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育,大大加重水土流失,进而山坡稳定性破坏,滑坡、崩塌等不良地质现象发育,结果就很容易产生泥石流.如甘川公路石坳子沟山上大耳头,原是森林区,因毁林开荒,1976年发生泥石流毁坏下游的村庄、公路,造成人民生命财产的严重损失.当地群众说:“山上开亩荒,山下冲个光”.
滑坡是斜坡岩土体在重力和水,以及其他外营力的作用下,沿某一薄弱结构面产生剪切破坏的一种不良地质现象,是自然作用或与人类活动等因素综合作用的产物(图1-2).自然界中,无论是天然斜坡还是人工斜坡都不是固定不变的,在不同因素的作用下,斜坡一直处于不断地发展和变化之中.
滑坡的形成与气象水文、地层岩性、地质构造、地形地貌、外营力改造和人类工程活动等因素密切相关.松散土体和高陡的斜坡是形成滑坡的内因,河流冲刷及淘蚀是产生滑坡的外因,人类工程活动和降雨是发生滑坡的主要诱发因素.
1、地层岩性:岩、土体是产生滑坡的物质基础.通常,各类岩、土都有可能构成滑坡体,其中结构松软,抗剪强度和抗风化能力较低,在水的作用下其性质易发生变化的岩、土,如松散覆盖层、黄土、红粘土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡.
2、地质构造:斜坡岩、土只有被各种构造面切割分离成不连续状态时,才可能具备向下滑动的条件.同时,构造面又为降雨等进入斜坡提供了通道.故各种节理、裂隙、层理面、岩性界面、断层发育的斜坡,特别是当平行和垂直斜坡的陡倾构造面及顺坡缓倾的构造面发育时,最易发生滑坡.
3、地形地貌:只有处于一定地貌部位、具备一定坡度的斜坡才可能发生滑坡.一般江、河、湖(水库)、海、沟的岸坡,前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物边坡等都是易发生滑坡的地貌部位.坡度大于10度、小于45度、下陡中缓上陡、上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形.
4、水文地质作用:各种软弱层、强风化带因组成物质中粘土成分多,容易阻隔、汇聚地下水,如果上坡上方或侧方有丰富的地下水补给,则这些软弱层或风化带就可能成为滑动带而诱发滑坡.
地下水在滑坡的形成和发展中的主要作为表现为:
地下水进入滑坡体增加了滑体的重量,滑带土在地下水的浸润下抗剪强度降低;地下水位上升产生的静水压力对上覆不透水层产生浮托力,降低了有效正压力和摩擦阻力;地下水与周围岩体长期作用改变岩土的性质和强度,从而引发滑坡;地下水运动产生的动水压力对滑坡的形成和发展起促进作用.
5、人为工程活动影响
不合理人为工程活动,如人工开挖斜坡前缘开挖坡脚或后缘堆载,改变了斜坡的外形和应力状态,增大了滑体的下滑力,减小了斜坡的支撑力,从而引发滑坡.农田灌溉、水渠和水池漫溢和漏水、废水排放等加剧滑坡的可能性.
可能诱发滑坡的人类工程经济活动
违反自然规律,破坏斜坡稳定条件的人类活动都会诱发滑坡.例如:
1、开挖坡脚:修建公路、铁路、依山建房、建厂等工程,常常因使坡体下部失去支撑而发生下滑.例如,我国西南、西北的一些铁路、公路,因修建时大力爆破、强行开挖,事后,陆陆续续地在边坡上发生了滑坡,给道路施工、运营带来危害.
2、蓄水、排水:水渠和水池的漫溢和漏水、工业生产用水和废水的排放、农业灌溉等,均使水流渗入坡体,加大孔隙水压力,软化土石,增大坡体容重,从而促进或诱发滑坡的发生.水库的水位上下急剧变动,加大了坡体的动水压力,也可诱发滑坡发生.
3、堆填加载:在斜坡上大量兴建楼房、修建重型工厂、大量堆填土石、矿渣等,使斜坡支撑不了过大的重量,失去平衡而沿软弱面下滑.尤其是矿厂废渣的不合理堆弃,常常触发滑坡的发生.
此外,劈山开矿的爆破作用,可使斜坡的岩土体受振动而破碎,产生滑坡,在山坡上乱砍滥伐,使坡体失去保护,便有利于雨水等水体的入渗从而诱发滑坡;等等.如果上述的人类作用与不利的自然作用互相结合,则就更容易促进滑坡的发生.
6、泥石流的三个基本性质是什么
通常说的不是三个基本性质,而是泥石流形成三个基本条件,这三个基本条件是:1,物源;2,地形;3,水动力。泥石流性质有:容重,流速,流量,一次泥石流方量等!
7、泥石流基本特征值的确定
泥石流的基本特值主要是指泥石流的密度、流速、流量、泥位及方量。它们是预报泥石流规模类型的重要参数,也是设计泥石流防治措施的不可缺少的资料。
(一)泥石流密度的确定
对于黏性泥石流,可在现场选择淤积下来的堆积物典型剖面,确定其土石成分,测出单位体积土石所占的体积百分数分别乘以土石单位密度相加即得。
(二)泥石流流速的确定
泥石流流速的确定是个极为复杂的问题,很难进行现场测试。目前我国有不少适用于不同地区、不同类型的泥石流流域和泥石流性质的经验公式。
1.黏性泥石流流速
1973年,中科院通过对蒋家沟泥石流的运动要素的分析,首次用量纲分析法推导出黏性泥石流的流速公式。后经铁道部陈光曦等改进,得到黏性泥石流的流速(VC)公式:
环境地质学
式中:I为泥石流的纵坡降(‰);K为黏性泥石流流速系数(见表4-1);H为泥深(m)。
表4-1 性泥石流流速系数取值
2.稀性泥石流流速
我国铁道部第一设计院推荐的计算公式为:
环境地质学
式中:Vd为泥石流断面的平均流速(m/s);Rd为泥石流流体的水力半径(m);I为泥石流泥面纵坡降(‰);α为阻力系数,α=(φρs+1)1/2,其中φ为修正系数,φ=(ρd-1)/(ρs-ρd),ρd为泥石流密度,ρs为泥石流中的固体物质的密度(t/m3)。
(三)泥石流流量的确定
确定泥石流流量的最好办法是在泥石流沟谷的适当深度上设置观测断面直接进行测量,但由于观测难度大,所以一般用已计算出的流速乘以过流断面,即
QC=VC·F
式中:QC为泥石流流量;VC为泥石流流速;F为泥石流过流断面。
另一种方法是用流域可能产生的最大洪水流量,乘以修正系数,即
QC=α·QB
式中:QB为流域最大洪水流量;α为泥石流修正系数,α=(1+φ)KD,φ=(rd-1)/(rs-rd),rd为泥石流容重,rs为泥石流中固体容重(t/m3),KD为堵塞系数(堵塞轻微的为小于1.5,中等堵塞的为1.5~2.5,严重堵塞的大于2.5)。
(四)泥石流泥位的确定
泥位既可反映泥石流的流速和流量,又可反映泥石流的规律和危险度,显然在沟床纵坡一定的情况下,泥位愈深,流速、流量愈大,造成的冲击力也愈大,一旦达到或超过危险泥位时,就会酿成灾害。
泥位标高可通过现场泥痕调查获得,调查时需确认是当次暴发的泥石流沟。
(五)泥石流方量的确定
泥石流方量的确定方法有两种,一种是用泥石流过程直接确定,另一种根据泥石流过境痕迹,以测定整个泥石流堆积区堆积方量,并把堆积区测定的结果与形成区的测定结果进行对比。
8、 泥石流的定义及分类
3.1.1 定义
泥石流(mud-block flow)是山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水等水源激发的、含有大量泥沙石块的暂时性特殊洪流,是水土流失过程中介于挟沙水流与滑坡之间的泥沙失稳集中搬运的一种突发性极强、破坏性极大的地质灾害现象。
泥石流的形成机理:山区河流在汛期中由于暴雨或其他水动力(如冰川、融雪、堤坝溃决、地下水活动等)作用于流域内不稳定的松散土体上,使松散土体失稳后参与洪流运动,在流域内地表形成两种汇流现象,一是水的汇流(液体汇流),二是土沙汇流(固体汇流)。两相物质在共同的流动空间中混合形成特殊的水、沙混合输移现象。当流体中的固体物质含量超过某一限制后,其流动特性明显变化,明显不同于洪水及滑坡(图3-1)。
在一些植被较好的陡坡面,下伏基岩或不透水层埋深较浅,在降水充分、上覆松散体饱水后,由于土体的c、φ值降低和有压地下水的作用,也可能形成坡面泥石流(谭炳炎,2001)。
流石流的形成主要受三个条件的制约:地形条件,陡峻的地形条件为流石发生提供充足的位能;地质条件,地质条件决定了松散固体物质的来源、组成、结构、补给方式和速度等;气象水文条件,是泥石流暴发的动力条件,通常来源于暴雨、高山冰雪强烈融化和水体溃决。
图3-1 泥石流形成过程框图
3.1.2 分类
泥石流可按其物质组成、流体性质、诱发因素、规模等特征指标划分为不同的种类,其常用的分类方法列于表3-1。
表3-1 泥石流分类简表
根据泥石流易发程度、流域特征,结合流体流量、堆积区规模及危害程度,对泥石流进行综合工程分类,其分类方法列于表3-2。
表3-2 泥石流工程分类表
9、泥石流特征
一、整体活动性特征
由样品分析知,泥石流堆积物平均含水量为9.76%,平均孔隙率为34.1%,平均饱和度为52.4%,平均液限为28.94%,平均塑限为17.78%。泥石流流域内松散固体物质较丰富,平时含水量较高,孔隙率较高,吸水能力较强,短时大雨或长时间降水即可使松散固体物质达到塑性状态,进而由塑性状态转变为流动状态,从而形成泥石流。2003年7月至2004年7月,有3条泥石流沟(杜柯河雪木达沟、达曲果木弄巴沟和泥曲14号沟)再次发生了泥石流。
二、规模和频率特征
工程区泥石流的发生呈现出低频率大规模、高频率小规模的特征:中小规模泥石流沟,地势崎岖,坡地陡峻,流域侵蚀严重,可为泥石流提供松散固体物质来源和动力条件,泥石流主要是中到大雨诱发而成,具有很高的暴发频率,但一般规模不是很大,如杜柯河15号沟、泥曲9号沟、麻尔曲2号沟等。在达曲流域,大部分泥石流沟谷形态从凸形坡转为凹形坡,沟道堆积较多,堵塞较严重,形成区大,形成的泥石流规模较大、危害较重,但频率较低。
三、暴发的集中性与偶然性相结合
从泥石流发生的时间来看,每年雨季(主要集中在5~10月)是降雨型泥石流的多发季节,特别是小流域泥石流暴发较为集中。同时,由于工程区特殊的积雪和冻土等的影响,使得泥石流的发生也具有一定的偶然性。
四、泥石流沟发育特征的面积-高程分析
采用面积-高程分析对工程区达曲流域21条泥石流沟(表2-8)的发育特征进行分析。
设流域面积为A,该流域内某等高线以上的面积为a,该等高线与流域最低点的高差为h,流域最高点与最低点的高差为H。首先,在等高线地形图上确定某泥石流流域范围,再量出每一条等高线以上流域的控制面积和每条等高线与流域最低点的高差。以x=a/A,y=h/H分别为横坐标和纵坐标,显然x,y的值域为 [0,1],根据一系列(xi,yi)的值,就可以在x,y坐标系上绘出曲线
南水北调西线工程地质灾害研究
此为流域面积-高程曲线(图2-3),积分为
南水北调西线工程地质灾害研究
式(2-2)结果等于曲线和x,y轴围成的块体面积与整个方块的面积之比。根据Stranler理论,当0.6<S<1时,表示流域的地表物质被侵蚀<40%,此时曲线形状为上凸形,地貌发育阶段为幼年期阶段;当0.35≤S≤0.6时,地表物质被侵蚀>40%而<65%时,曲线接近直线,地貌发育阶段为壮年期阶段;当0<S<0.35时,表明有65%以上的物质被侵蚀掉,曲线形状为下凹形,此时为老年期阶段。根据曲线形状与S值的大小,按照一定的划分标准就可以确定泥石流沟谷流域的发育阶段(图2-4)。
图2-3 面积-高程曲线
图2-4 面积-高程曲线反映的地貌发育阶段
表2-8 达曲流域泥石流分布情况
续表
在1:10万地形图上绘出各泥石流沟谷流域范围,然后扫描到计算机上,在ArcView环境下将各流域范围内的等高线以等高距100m的标准对其进行矢量化,再统计等高距为100m的各条等高线所控制的面积,最后用Excel进行相关处理,得出一系列(xi,yi),分别绘制出各流域的面积-高程曲线。
用Excel对所绘制的面积-高程曲线进行趋势拟合。拟合形式有线性、对数、多项式、乘幂及指数等形式,显然面积和高程之间不存在线性关系。对该流域21条泥石流沟分别用其他方式进行拟合,经比较后发现用对数、乘幂及指数形式拟合的相关系数都明显小于用多项式形式拟合的相关系数,故采用多项式形式进行拟合。经比较,当多项式阶数为3时,拟合效果较好,每条泥石流沟的R2均大于0.99,符合计算精度要求,故选用立方方程进行拟合。需要说明的是,在此使用的3次拟合曲线亦只具有数学上的统计意义,而并非具有地貌学上的一般意义。拟合后得出每条泥石流沟谷流域的曲线方程,再分别对曲线方程在 [0,1]区间进行积分,计算出21条泥石流沟谷流域的高程-面积积分S(表2-9)。
表2-9 达曲流域泥石流沟谷流域面积-高程积分及发育阶段
当沟谷流域侵蚀到一定阶段,拥有大量的松散固体物质,具备一定的地形坡降条件以及水源和水动力条件时就会发生泥石流。处于不同发育阶段的泥石流,其活跃程度、性质、规模、暴发周期和危害程度均不同,地表物质相对侵蚀量有明显的差异。初次发生泥石流的沟谷流域,侵蚀强烈,坡地陡峻,流域储存松散固体物质能力小,泥石流发生规模不大,面积-高程曲线积分值S较高;随着侵蚀过程的缓和,流域形态趋向平缓,流域内松散固体物质聚积能力增强,泥石流暴发的规模和强度加大,S值逐渐变低;随着流域侵蚀能力进一步变弱,地势平缓,坡度变小,泥石流沟谷流域逐渐向坳沟演变,S值较低。因此,面积-高程分析方法运用于流域地貌发育阶段的划分,既能反映非泥石流沟谷流域的侵蚀程度,也能反映泥石流沟谷流域的侵蚀程度。在此前提下,利用面积-高程分析方法进行泥石流沟谷流域地貌发育阶段的划分,能够比较客观地定量反映泥石流的发生发展进程。
由表2-9可以看出,21条泥石流沟谷流域的面积-高程积分值S介于0.45~0.65之间。根据Stanler地貌侵蚀理论,针对达曲流域,泥石流沟谷流域发育阶段的地貌特征可归纳为表2-10。由此可知,壮年期泥石流沟(0.35≤S≤0.6)共15条,占总数的71.4%,其中壮年(偏幼)期(0.55≤S≤0.6)泥石流沟7条;幼年期泥石流沟(S>0.6)共6条,占总数的28.6%;达曲流域内无老年期泥石流沟(S<0.35)。13号泥石流沟S值最高,为0.6461,曲线上凸,沟床坡度较大,表现为幼年期泥石流沟谷(图2-5;照片2-1);3号泥石流沟(拉德沟)S值最小,为0.4513,曲线下凹,沟床坡度较小,表现为壮年期泥石流沟谷(图2-6;照片2-2)。结合表2-8和表2-9的分析结果,达曲流域大部分泥石流沟谷处于壮年期。同理可以对其他流域泥石流沟进行面积-高程分析,发现工程区大部分泥石流沟谷流域处于壮年期发育阶段。
表2-10 达曲流域泥石流沟谷流域发育阶段地貌特征
图2-5 达曲流域13号泥石流沟谷流域高程-面积曲线
照片2-1 达曲流域处于幼年期发育阶段的13号泥石流沟谷流域
图2-6 达曲流域3号泥石流沟谷流域高程-面积曲线
照片2-2 达曲流域处于壮年期发育阶段的3号泥石流沟谷流域