《灾害地质学——第6章-2 泥石流 (2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《灾害地质学——第6章-2 泥石流 (2)（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第五章 泥石流,5.1 泥石流形成、分布及分类 5.2 泥石流物质组成 5.3 泥石流特征 5.4 泥石流输移和冲淤变化 5.5 泥石流的预测预报与防治,2,第五节 泥石流,泥石流(debris flow) 是指在水流冲力和重力共同作用下的一种特殊侵蚀形式，也称为混合侵蚀（mixed erosion）。 一、泥石流的定义 前苏联：泥石流是固体物质含量高，泥沙剧增的暂时性山道河床洪流。 日本：泥石流是泥石含量多于水量，水流不是泥石流搬运介质，而是含水的粥状泥沙在其自身重力作用下的运动现象。,3,一、泥石流的定义,英国：泥石流是介于水流与滑坡之间的一系列过程，包括有重力作用下的松散物质、水体和
2、空气构成的块体运动。 我国：一部分学者认为泥石流是介于崩塌、滑坡等块体运动与水流之间的一系列连续过程，泥石流的形成过程是固液两相物质在山区坡地或沟道内相互作用的过程。 另一部分学者认为泥石流是斜坡上的松散物质被暴雨或积雪、冰川的强烈消融的水所饱和、在重力与水的作用下沿山坡或沟谷流动的特殊洪流。,4,二、泥石流的特征,泥石流是一种含有大量泥沙和石块等固体物质，爆发突然、历时短、来势凶猛，具有强大破坏力的特殊洪流。 泥沙石块体积超过25%，最大可达80%，容重在1.3t/m3以上，最高达2.3t/m3 。 泥石流爆发时，象一条褐色巨龙，奔腾咆哮，巨石翻滚，激浪飞溅，石块撞击的声音雷鸣般响彻山谷。,
3、泥石流,泥石流,7,5.2 泥石流形成、分布及分类,一、泥石流形成 1.形成条件 （1）充足的固体碎屑物质固体碎屑物质是泥石流发育的基础之一，通常决定于地质构造、岩性、地震、新构造运动和不良的物理地质现象。 在地质构造复杂、断裂皱褶发育、新构运动强烈和地震烈度高的地区。岩体破裂严重，稳定性差，极易风化、剥蚀，为泥石流提供了固体物质。 泥岩、页岩、粉沙岩分布区 ，岩石容易分散和滑动 。 岩浆岩等坚硬岩分布区，会风化成巨砾，成为稀性泥石流的物质来源。,8,1.形成条件,（2）充分的水源：降雨、冰雪融化、地下水、湖库溃决等都可形成泥石流，最多的是降雨发生的泥石流。 中到暴雨是泥石流发生的主要水源，此
4、外，冰雪融化、地下水、湖库溃决也可形成泥石流。降雨以1小时雨强在30以上和10分钟雨强在10以上的短历时暴雨。,9,1.形成条件,（3）地形条件：地形条件典型的泥石流沟，从上游到下游可划分为三个区，即侵蚀区、过渡区、堆积区。 侵蚀区地形多为漏斗形或勺状，且过度区陡直多跌水，易于物质和能量的补充。沟床比降：5-30%，尤其在10-30%；沟坡坡度：在10度以上，尤其在30-70度；集雨区面积：多在0.5-10.0km2。,10,2、形成机理,泥石流形成的作用力： 一是与固体物质浓度和坡度(含坡面和沟床)有关的重力分力； 二是由液体相对固体颗粒的运动所决定的输移力。 前者是泥石流形成和运动的必要条
5、件，后者是不同性质泥石流运动的差异条件。 为分析方便，通常依据固体物质参与泥石流运动过程不同，分为两种类型，即水力侵蚀类型和重力侵蚀类型。,11,2、形成机理,（1）水力侵蚀型在流域坡面和沟道的松散物质受到径流的片蚀、冲蚀和侵蚀作用，使固体物质不断参与泥石流的过程，即水力侵蚀过程。 随侵蚀加剧，泥沙、石块增加，且不断搅拌，当固体物质达到某一临界值，搅拌很均匀时，成为特殊性质的流态，即泥石流。 形成这种泥石流的条件是水流的流体动力Pm大于固体颗粒的总阻力。即： Pm G con con + C,在这种情况下，径流量的多少直接决定着固体物质来量的多少，所以，一般多形成稀性泥石流或过度型泥石流。,1
6、2,2、形成机理,（2）重力侵蚀型重力侵蚀类型是坡面和沟道中多种成因的固体碎屑物质主要受重力作用形成的。 固体碎屑物质受雨水和坡面径流的浸润、渗透和浸泡，使原始堆积物含水量不断增加，自身重量不断增加，造成堆积物内摩擦角和内聚力不断减小，出现渗流的水动压力导致原始土体向坡下移动，经过一定混合搅拌形成一定结构泥石流。 这类泥石流的形成必须满足下述条件： o （固体碎屑物质的内应力大于其极限剪应力）,这种泥石流主要为粘性泥石流。,13,二、我国泥石流的分布,泥石流在我国分布广泛，北起黑龙江，南至海南岛；东起台湾，西到新疆，广袤的国土上有26个省(区)分布有几万条泥石流沟。 大致以大兴安岭燕山太行山巫
7、山雪峰山一线为界分为两部分： 西部的高原、高山、极高山是泥石流最发育、分布最集中、灾害频繁而又严重的地区； 东部的平原、低山、丘陵，除辽东南山地泥石流密集外，广大地区泥石流分布零散，灾害较少。,14,在约占国土23的山区都有泥石流活 动， 其中尤以青藏高原周边山地 秦岭山脉、太行山区、燕山山脉等地最为严重。 中国是受泥石流危害最为严重的国家之一.每年由泥石流造成的直接经济损失达20亿元，死亡300600人。 我国的泥石流工作开始于20世纪50年代，近年来，应用多种新技术（3S），使我国的泥石流防治工作取得了巨大进步。,2005-9-30,土壤侵蚀原理,15,16,1、分布特点,（1）沿断裂构造
8、带密集分布； （2）在地震活动带成群分布，主要分布于烈度级以上地震区； （3）在深切的中、高山区，尤其三级阶梯间的过渡地带，普遍有泥石流发育。 在上述地区内，泥石流多分布于海拔8002500m高度的山坡和沟谷，坡面泥石流在2533的坡面最常见，沟谷泥石流沟床比降多在100400之间，泥石流沟谷集水面积大都在0.650km2之间。,17,2、泥石流的分区,根据泥石流的发育自然环境、灾害程度、沟谷特征、发展趋势等可将我国泥石流划分为4个大区15个亚区。 （1）西南印度洋流域极大危险泥石流大区； （2）东南太平洋流域最大危险泥石流大区； （3）东北太平洋流域危险泥石流大区； （4）内流及北冰洋流域一
9、般危险或无危险泥石流大区。,2005-9-30,土壤侵蚀原理,18,三、泥石流分类,1、按固体物质的组成分类泥石流、泥流、水石流。 2、按泥石流的性质稀性泥石流、 粘性泥石流、过度泥石流。 3、按形成泥石流的原因或主导因素分类冰川泥石流、降雨泥石流。 4.按流域的沟谷地貌形态可分为：沟谷型泥石流、坡面型泥石流。,19,坡面型泥石流示意图,20,2005年9月3日晚1923时冲毁民房132间，死亡9人。,21,临安市昌化镇后葛村、后营村泥石流,22,坡面型泥石流,23,沟谷型泥石流示意图,24,沟谷型泥石流,25,庆元县荷地镇石磨下村泥石流灾害,2006年 月11日凌晨 受号超强台 风带来的强降
10、 雨影响，石磨 下村附近山体 多处发生浅表 层土质滑坡， 并由这些滑坡 作为起动条件 形成了泥石 流，共造成 人死亡， 经济损失达 158万元。,26,乐清市北部山区“8.13”泥石流,2004年8月13日,受14号云娜台风带来的强降雨影响,乐清北部山区发生泥石流,共37人死亡、5人失踪。,27,年8月28日温家宝总理视察乐清龙西泥石流现场,28,5.3 泥石流物质组成,一、容重及粒度组成 1.容重泥石流容重是单位体积泥石流流体的重量，单位为t/m3。 其容重大小反映了泥石流结构。 一般稀性泥石流容重1.31.8t/m3，粘性泥石流容重2.0t/m3，过渡性泥石流在1.82.0t/m3之间。
11、不同容重其含沙量不同，一般含沙量在1000kg/m3以上，最高可达2180.3kg/m3。,29,1.容重,泥石流容重受固液相组成、固体物质特性及土体特性影响。 通常固体物、大颗粒含量高和比重大的颗粒多容重大；反之，容重小。 泥石流容重在同一阵次中随时空不同而变化。一般从上游到下游，容重随固体颗粒的加入而增大； 同一流域不同次泥石流，因降水不同和固体物质供给的差异，表现不同的容重。对同一阵而言，通常“龙头”容重较高，此后逐渐降低。,30,2. 粒度组成,泥石流流体中固体颗粒粒度范围很宽，从几微米到几米。 一般挟沙洪水和稀性泥石流的粒度组成较均一，粒度范围窄，颗粒离散度小。99%以上是小于2mm
12、的泥沙，其中粗沙占14%37%、粉沙和粘粒占82%62%。 粘性泥石流粒度组成范围宽，离散度大。其中2mm的石块占固体物质重量的65%以上，沙粒占18%左右，粉粘粒占18%左右。,31,二、粘土矿物与泥石流的关系,1.粘土矿物组成 粒径小于1.0mm的颗粒为粘土矿物，呈现出悬浮胶液性质，对泥石流性质影响颇大。 主要的粘土矿物有水云母(伊利石)、绿泥石、蒙脱石、高岭石、蛭石、埃洛石和海泡石等。 此外还有非粘土矿物赤铁矿、针铁矿、白云母、滑石、石英、长石、硅藻等矿物。 一般粘粒含量3%时，为稀性泥流；5%时为粘性泥石流，介于3%5%间的为过渡性泥石流。,32,2.粘土矿物的影响,粘土矿物颗粒呈薄片
13、状具有亲水特性。由于水化膜厚度在颗粒表面的边缘处最薄，相互间产生很大吸引力，形成所谓网格结构。 （1）粘土矿物 数量（浓度） 粘土矿物多，网格结构愈紧密，强度也愈大，从而形成粘性泥石流。 粘土矿物含量少，网格结构松驰，强度低，形成流动性大的稀性泥石流。 过渡性泥石流的粘土矿物既可形成网格结构，也有链条结构，处于不断地变动中，故性质居中。,33,2.粘土矿物的影响,（2）粘土矿物类型 一般蒙脱石形成的网格结构远比伊利石、高岭石所形成的网格结构紧密，且强度大得多。故流体的剪切强度、粘滞系数高。 相反，以伊利石形成的网格结构、绿泥石等形成的网格结构较之松驰，强度小。 （3）泥石流的性质除与固体物质多
14、少、粘粒含量有关外，还与泥石流产地岩性有关，这就使泥石流性质变得十分复杂。,34,3.粘土矿物与泥石流关系,粘土矿物比表面积大，可将沙、砾石块包裹起来，在一定的含水量和其他条件下，使源地土石体结构松散，摩擦力和凝聚力降低，极易流失，形成泥石流。 粘土矿物的亲水特性，使源地土石体增重，易于发生重力侵蚀，并使泥石流在发展中易于不断扩大。绿泥石、蛭石等吸水膨胀性强的矿物，一旦吸水后促进土岩体崩解、崩坍和滑动，由一般侵蚀转化为泥石流侵蚀。,35,5.3 泥石流特征,一、发生特征 1、突发性和灾变性泥石流 突发性和灾变性泥石流暴发突然，历时短暂，一场泥石流过程一般仅几分钟到几十分钟,给山地环境带来灾变。
15、 2、波动性和周期性泥石流波动性和周期性泥石流活动时期时强时弱，具有波浪式变化特点，可划分活动期和平静期。 3、群发性和强烈性泥石流群发性和强烈性泥石流由于降雨的区域性和坡体的稳定性，使泥石流发生常具“连锁反应”。,36,二、泥石流流态特征,泥石流既不同于一般径流冲刷，又是在径流冲刷和重力共同作用下的混合侵蚀。因此泥石流流态多样。 1、蠕动流蠕动流泥石流在粗糙沟床上“铺床”前进，或上游供给不足似蛇身匍伏缓慢前进，流速一般在0.3-0.5m/s。 2、层流层动泥石流在沟道平直、坡度不太大的情况下，高浓度的泥石流体呈整体运动，流速变化从5m/s到15m/s，具有极大浮托力，使巨石像游船一样漂浮。,
16、37,二、泥石流流态特征,3.紊流紊动泥石流浆体较稀，或沟道比降大而导致流动湍急，浆体中石块相撞击、摩擦，发出轰鸣。 4. 滑动流滑动泥石流近似层流的整体运动，是在高粘度泥石流“铺床”后，依惯性力作用在“润滑剂”上滑动前进。 5.波动流波动泥石流实质上是一种特殊的自动形态流，即当沟道泥石流残留层较厚时，在纵坡影响下，较厚浆体在重力作用下，向下形成一个波状流动体，并迅速下泄，与因堵塞形成的阵性流十分相似。,38,三、泥石流搬运特征,泥石流是一种独特的流体，其搬运能力极强。搬运的泥沙、粒度广泛、浓度大，大致可归纳为两类： 1、粘性泥石流以蠕动流滑动流成似层流的连续流或阵性流形态将流体搬运出沟。泥沙和水构成一相体，以整体方式搬运松散碎屑物质。 2、稀性泥石流以紊流连续流形态将流体搬运出沟。泥沙和水尚未构成一相体，而是两相体，以散体方式搬运松散碎屑物质。,2005-9-30,土壤侵蚀原理,39,四、泥石流堆积物宏观特征,1.泥石流堆积类型 （1）堆积扇或堆积锥 稀性泥石流，流体便以一定角度或辐射状散开，形成堆积扇。 粘性泥石流也形成扇状堆积。对沟谷陡峻，固相物质粗大的泥石流，在堆积区常发育成堆积锥。 泥石流堆积扇纵坡较陡，一般在39之间，部分可达912，同时堆积扇横比降也比较大，一般在13之间（而洪积物的纵坡一般在3以下，横比降一般在1以下）。,
