《地质灾害机理及治理设计实例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地质灾害机理及治理设计实例（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 地质灾害机理及治理设计（图文并茂 原创） 内 容 泥石流的定义与工程分类泥石流的定义与工程分类 泥石流防治工程设计标准泥石流防治工程设计标准 泥石流的设计参数计算泥石流的设计参数计算 泥石流防治方案泥石流防治方案 泥石流防治措施泥石流防治措施 泥石流防治工程设计泥石流防治工程设计 泥石流防治工程实例泥石流防治工程实例泥石流：泥石流： 泥石流是一种自然现象，它是地壳隆起后泥石流是一种自然现象，它是地壳隆起后再夷平过程必然出现的重力侵蚀现象。因此，再夷平过程必然出现的重力侵蚀现象。因此，泥石流的发生是必然的，可以说它是山地环泥石流的发生是必然的，可以说它是山地环境的一部分。境的一部分。泥石流灾害
2、：泥石流灾害： 由泥石流造成的灾害，包括人员伤亡、财由泥石流造成的灾害，包括人员伤亡、财产损失、生态环境和资源破坏，称为泥石流产损失、生态环境和资源破坏，称为泥石流灾害。灾害。泥石流的定义与工程分类泥石流的定义与工程分类 泥石流是松散土体和水的混合体泥石流是松散土体和水的混合体在重力作用下沿坡面流动的现象。在重力作用下沿坡面流动的现象。泥石流的定义：泥石流的定义：泥石流的形成条件：泥石流的形成条件：地形条件地形条件 陡峻的地形陡峻的地形固体物质固体物质 条件条件 丰富的松散固体物质丰富的松散固体物质 水源条件水源条件 充沛的水源充沛的水源高频率泥石流沟谷高频率泥石流沟谷 基本上每年均有泥石流发
3、生。固体物质主要来源于沟谷的滑坡、崩塌。基本上每年均有泥石流发生。固体物质主要来源于沟谷的滑坡、崩塌。泥石流爆发雨强小于泥石流爆发雨强小于24mm/10min。除岩性因素外，滑坡、崩塌严重的。除岩性因素外，滑坡、崩塌严重的沟谷多发生粘性泥石流，规模大；反之，多发生稀性泥石流，规模小。沟谷多发生粘性泥石流，规模大；反之，多发生稀性泥石流，规模小。多位于强烈抬升区；岩层破碎，风化强烈，山体稳定性差，滑坡、崩塌多位于强烈抬升区；岩层破碎，风化强烈，山体稳定性差，滑坡、崩塌发育、植被差。沟床和扇形地上泥石流堆积新鲜，无植被或仅有稀疏草发育、植被差。沟床和扇形地上泥石流堆积新鲜，无植被或仅有稀疏草丛。粘
4、性泥石流沟中、下游沟床坡度大于丛。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度大于4%。低频率泥石流沟谷低频率泥石流沟谷 泥石流爆发周期一般在泥石流爆发周期一般在10年以上。固体物质主要来于沟床，泥石流发年以上。固体物质主要来于沟床，泥石流发生时生时“揭床揭床”现象明显。暴雨时坡面产生的浅层滑坡往往是激发泥石流现象明显。暴雨时坡面产生的浅层滑坡往往是激发泥石流形成的重要因素。泥石流爆发雨强，一般大于形成的重要因素。泥石流爆发雨强，一般大于4mm/10min。泥石流规模。泥石流规模一般较大，性质有粘有稀。分布于各地构造区的山地。山体稳定性相对一般较大，性质有粘有稀。分布于各地构造区的山地。山体稳定性相对较好，无
5、大型活动性滑坡、崩塌。中、下游沟谷往往切于老台地和扇形较好，无大型活动性滑坡、崩塌。中、下游沟谷往往切于老台地和扇形地内，沟床和扇形地上巨砾遍布。植被较好，常常是地内，沟床和扇形地上巨砾遍布。植被较好，常常是“山青水秀山青水秀”，沟，沟床内灌木丛密布，扇形地多已辟为农田。粘性泥石流沟中、下游沟床坡床内灌木丛密布，扇形地多已辟为农田。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度小于度小于4%。泥石流工程分类：泥石流工程分类：城市等别城市等别防洪标准（重现期：年）防洪标准（重现期：年）河（江）洪、河（江）洪、海潮海潮山山 洪洪泥石流泥石流特别重要城市特别重要城市 200 2001001005050100100重要
6、城市重要城市200200100100505020201001005050中等城市中等城市10010050502020101050502020小城市小城市5050202010105 52020 我国城镇防洪和防治泥石流按我国城镇防洪和防治泥石流按城市防洪工程设城市防洪工程设计规范计规范CJJ50-92的防洪标准采用。的防洪标准采用。泥石流防治工程设计标准泥石流防治工程设计标准 重要重要 一般一般 设计标准设计标准 P=2% P=2% P=5% 校核标准校核标准 P=1% P=1% P=2%泥石流的设计参数与计算泥石流的设计参数与计算 泥石流流速泥石流流速 泥石流流量泥石流流量 泥石流径流量泥石流
7、径流量 泥石流输沙量泥石流输沙量 泥石流密度泥石流密度 泥石流冲击力泥石流冲击力 泥石流流速计算泥石流流速计算 一般将泥石流分为稀性泥一般将泥石流分为稀性泥石流和粘性泥石流，采用不石流和粘性泥石流，采用不同的公式计算。同的公式计算。泥石流流量计算泥石流流量计算形态调查法形态调查法 配方法配方法 根据野外调查根据野外调查泥石流的痕迹，泥石流的痕迹，测量泥位高和过测量泥位高和过流断面面积，计流断面面积，计算平均流速和流算平均流速和流量，再根据其发量，再根据其发生时间确定经验生时间确定经验频率。频率。形态调查法形态调查法 山洪流量计算山洪流量计算 根据根据中小流域暴雨洪水计算手册中小流域暴雨洪水计算
8、手册提供的暴雨资料，计提供的暴雨资料，计算设计暴雨并推求山洪设计洪峰流量。算设计暴雨并推求山洪设计洪峰流量。 Q=0.278(s/n)F Q 设计洪峰流量（设计洪峰流量（m3/s）；）； 洪峰径流系数；洪峰径流系数； 汇流时间（汇流时间（h）；）； n 暴雨衰减指数；暴雨衰减指数； s 暴雨雨力（暴雨雨力（mm/h）；）； F 流域面积（流域面积（km2）。）。配方法配方法 （清水配方法）（清水配方法）泥石流设计流量泥石流设计流量 假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，采用配方法将暴雨假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，采用配方法将暴雨洪水流量全部换算为泥石流流量，计算公式如下：洪水流量全部换算为泥石流
9、流量，计算公式如下： Qc=Q（1+）D （2）式中：式中：Qc设计泥石流峰值流量（设计泥石流峰值流量（m3/s）；）； 泥石流修正系数，泥石流修正系数，=（rc-rw）/（rs-rc）；）； rc泥石流容重（泥石流容重（t/m3）；）； rw水容重（水容重（t/m3）；）； rs泥沙比重（泥沙比重（t/m3）；）； D泥石流堵塞系数。泥石流堵塞系数。 单位泥石流体积所具有的重量称为泥石流体的容重，泥石流单位泥石流体积所具有的重量称为泥石流体的容重，泥石流容重可以采用实测法，或根据野外调查情况，查有关资料来确定。容重可以采用实测法，或根据野外调查情况，查有关资料来确定。 根据泥石流体取样容重的
10、测定根据泥石流体取样容重的测定在泥石流暴发时采集泥石流样品，将所取得的样品称重，量其体在泥石流暴发时采集泥石流样品，将所取得的样品称重，量其体积，积， c c = = W Wc/c/V Vc c 式中：式中： c c为泥石流容重（为泥石流容重（t/m3t/m3）；）；WcWc为泥石流的重量（为泥石流的重量（t t）；）；VcVc为泥石流的体积（为泥石流的体积（m3m3）。）。 一般每个样品体积不应小于一般每个样品体积不应小于0.005m3,0.005m3,或重量不少于或重量不少于10kg10kg。受取样容器的限制，该方法获取的样品仅为泥石流体中颗粒较细受取样容器的限制，该方法获取的样品仅为泥石
11、流体中颗粒较细的部分。由于的部分。由于XXXX山区泥石流沟暴发频率低，能现场取样的机会极山区泥石流沟暴发频率低，能现场取样的机会极少，泥石流容重很少采用实测的方法确定。少，泥石流容重很少采用实测的方法确定。 根据野外调查资料确定容重根据野外调查资料确定容重 泥石流流量形态调查法采用下式进行计算，泥石流流量形态调查法采用下式进行计算， QcQc= = A Ac c V Vc c 式中，式中，Qc Qc 为泥石流流量（为泥石流流量（m3/sm3/s）；）；A Ac c 为调查断面为调查断面的泥石流过流面积（的泥石流过流面积（m2m2）；）；V Vc c为泥石流流速（为泥石流流速（m/sm/s）。）
12、。 形态调查断面应选择在沟道顺直、断面变化不大、形态调查断面应选择在沟道顺直、断面变化不大、无堵塞、无汇流、无回流、泥痕比较清晰的河段。最好无堵塞、无汇流、无回流、泥痕比较清晰的河段。最好调查两处以上的泥痕，根据泥位在纵断面上的连续性来调查两处以上的泥痕，根据泥位在纵断面上的连续性来判断调查泥位的可靠性，并据此计算泥石流的平均泥深、判断调查泥位的可靠性，并据此计算泥石流的平均泥深、过流断面面积和水力坡度。再根据前述的方法计算泥石过流断面面积和水力坡度。再根据前述的方法计算泥石流的流速，最后按式（流的流速，最后按式（10-710-7）计算泥石流的流量。）计算泥石流的流量。泥石流径流量泥石流径流量
13、 根据泥石流历时和最大洪峰流量，按照泥石流暴涨暴根据泥石流历时和最大洪峰流量，按照泥石流暴涨暴落的特点，将其过程概化为三角形，通过计算断面的一次落的特点，将其过程概化为三角形，通过计算断面的一次泥石流径流量按下式计算泥石流径流量按下式计算: : Vc=19 T Qc / 72 Vc=19 T Qc / 72 式中：式中：VcVc泥石流径流量（泥石流径流量（m3m3）；）； QcQc设计泥石流峰值流量（设计泥石流峰值流量（m3/sm3/s）；）； T T泥石流历时（泥石流历时（s s）。）。一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算：一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算： Vs = Cv Vc =
14、 VcVs = Cv Vc = Vc（rc-rwrc-rw）/ /（rs-rwrs-rw） 式中：式中：VsVs通过计算断面固体物质实体总量（通过计算断面固体物质实体总量（m3m3）；）； VcVc泥石流径流量（泥石流径流量（m3m3）；）； rcrc泥石流容重（泥石流容重（t/m3t/m3）；）； rwrw水容重（水容重（t/m3t/m3）；）； rsrs泥沙比重（泥沙比重（t/m3t/m3）。泥石流输送固体物质量计算泥石流输送固体物质量计算基本思想：基本思想： 按照泥石流活动的自然规律调整人类的按照泥石流活动的自然规律调整人类的行为，根据泥石流发生、发展、成灾的规行为，根据泥石流发生、发展
15、、成灾的规律，采取必要的工程手段，最大限度地减律，采取必要的工程手段，最大限度地减轻泥石流灾害轻泥石流灾害。泥石流防治工程方案设计泥石流防治工程方案设计 泥石流灾害防治工程设计的基本原则泥石流灾害防治工程设计的基本原则 实事求是实事求是 以防为主，防治结合以防为主，防治结合 因害设防，突出重点因害设防，突出重点 因地制宜因地制宜 综合防治方案综合防治方案 以拦挡为主以拦挡为主 的方案的方案 以排为主的防治方案以排为主的防治方案 以生物工程为主的方案以生物工程为主的方案泥石流防治的方案：泥石流防治的方案：综合防治方案：综合防治方案：以小流域为单元，以小流域为单元， 全面规划，综合治理全面规划，综
16、合治理 工程措施、生物措施、预警报、管理措工程措施、生物措施、预警报、管理措施等结合使用施等结合使用 多种防治建筑物联合使用多种防治建筑物联合使用 灾害治理与发展经济相灾害治理与发展经济相结合结合 XX市市XX县县XX乡乡XX西沟泥石流防治方案由土建工程、生物工程、预警西沟泥石流防治方案由土建工程、生物工程、预警系统和管理工程等四部分组成系统和管理工程等四部分组成（1 1）土建工程防治方案）土建工程防治方案 在流域中上游泥石流活跃的主要支沟布置骨干拦沙坝拦截泥石流，防止或减轻大在流域中上游泥石流活跃的主要支沟布置骨干拦沙坝拦截泥石流，防止或减轻大规模泥石流灾害；规模泥石流灾害； 在泥石流活跃的
17、小支沟布置谷坊工程固坡稳沟，减少支沟泥石流活动；在泥石流活跃的小支沟布置谷坊工程固坡稳沟，减少支沟泥石流活动； 在中下游居民点设置护村堤，防御中小规模山洪泥石流或高含沙水流的危害；在中下游居民点设置护村堤，防御中小规模山洪泥石流或高含沙水流的危害； 在沟口布置防洪堤，保护沟口在沟口布置防洪堤，保护沟口XXXX村免遭洪水和高含砂水流袭击。村免遭洪水和高含砂水流袭击。 （2 2）生物工程设计方案）生物工程设计方案 生物工程以恢复流域生态环境为主要目的，结合造林发展经济。在各支沟山坡的中生物工程以恢复流域生态环境为主要目的，结合造林发展经济。在各支沟山坡的中上部发展水源涵养林上部发展水源涵养林680
18、hm2680hm2，中下部营造水土保持林，中下部营造水土保持林370 hm2370 hm2，水土保持薪炭林，水土保持薪炭林150hm2150hm2，水土保持经济林，水土保持经济林76 hm276 hm2，经济林，经济林17 hm217 hm2，沟道两侧营造防护林。生物工程实，沟道两侧营造防护林。生物工程实施后，流域生态环境将向良性循环发展，逐步改变流域的汇流条件，减少水土流失，施后，流域生态环境将向良性循环发展，逐步改变流域的汇流条件，减少水土流失，稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。（3 3）预警报工程设计方案）预警报工程设计方案 预警系统以减少人员伤亡为目的。由
19、监测点和预警站组成。在流域上、中、下游设预警系统以减少人员伤亡为目的。由监测点和预警站组成。在流域上、中、下游设置监测点，在沟口设预警站。通过对天气预报和大气降水监测及资料分析，向政府有置监测点，在沟口设预警站。通过对天气预报和大气降水监测及资料分析，向政府有关部门提出发布泥石流预报或警报的建议。由政府部门通过警报装置向流域内各居民关部门提出发布泥石流预报或警报的建议。由政府部门通过警报装置向流域内各居民点发出泥石流预报或警报，通知居民紧急避难。点发出泥石流预报或警报，通知居民紧急避难。（4 4）行政管理方案）行政管理方案 管理工程内容包括：易受泥石流危害居民点的搬迁，一般居民点避难点的选择和
20、管理工程内容包括：易受泥石流危害居民点的搬迁，一般居民点避难点的选择和建设，避难时撤离路线的选择，避难时的组织工作，发布预警报的程序和权限。建设，避难时撤离路线的选择，避难时的组织工作，发布预警报的程序和权限。 XX西沟泥石流防治方案示意图西沟泥石流防治方案示意图1土建工程编号 2居民点 3拟搬迁居民点 4拟迁往地点 5拦砂坝 6谷坊坝 7格栅坝 8护村导流堤 9原有护村堤加高、加固及延长 10护村挑流坝 11生物工程林地界线索 12水源涵养林 13水土保持用材林 14水土保持薪炭林 15水土保持经济林 16经济林与农耕地以排为主的防治方案以排为主的防治方案主要工程措施主要工程措施：排导槽、小
21、型拦挡坝、渡槽排导槽、小型拦挡坝、渡槽 要要 点：点： 排导槽、渡槽平面和纵断面的排导槽、渡槽平面和纵断面的 合理布置合理布置 在排导槽、渡槽的上游布置少在排导槽、渡槽的上游布置少 量的小型拦挡坝量的小型拦挡坝泥石流的防治措施与防治建筑物泥石流的防治措施与防治建筑物 泥石流的防治措施泥石流的防治措施 主要防治建筑物主要防治建筑物泥石流防治措施泥石流防治措施主要泥石流泥石流防治建筑物主要泥石流泥石流防治建筑物 拦砂坝拦砂坝 谷坊谷坊 排导槽排导槽 渡槽渡槽 停淤场停淤场 明洞明洞拦砂坝的种类拦砂坝的种类o 重力式重力式o 格栅式格栅式o 柔性柔性o 桩林桩林泥石流拦砂坝（重力式）的特点：泥石流拦
22、砂坝（重力式）的特点：o作用作用 拦截泥沙、排水，水土分离拦截泥沙、排水，水土分离 固定沟床、稳定沟坡固定沟床、稳定沟坡 坝后淤积泥沙反压滑坡坝后淤积泥沙反压滑坡o 结构结构 坝体上游边坡比坝体上游边坡比 1:0.50.7 坝体下游边坡比坝体下游边坡比 1: 0 0.2 坝体上设有排水孔坝体上设有排水孔 一般不专门设溢洪道一般不专门设溢洪道o消能消能 软基消能软基消能拦砂坝的布置拦砂坝的布置（一）坝址选择的原则（一）坝址选择的原则 通常在泥石流流域内可建拦砂坝的坝址不多，要寻找理想的坝通常在泥石流流域内可建拦砂坝的坝址不多，要寻找理想的坝址更难。坝址一般选在泥石流的流通区，可利用中等或大比例尺
23、地址更难。坝址一般选在泥石流的流通区，可利用中等或大比例尺地形图（形图（1/20001/20001/100001/10000），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可考虑如下条件。考虑如下条件。1 1地质条件地质条件 坝址附近应无大断裂通过，坝址两岸山坡稳定，无滑坡、崩塌、坝址附近应无大断裂通过，坝址两岸山坡稳定，无滑坡、崩塌、冲沟等不良地质现象和泉水出露，沟床有基岩出露或基岩埋深较浅，冲沟等不良地质现象和泉水出露，沟床有基岩出露或基岩埋深较浅，坝基为基岩或密实的沉积物。坝基为基岩或密实的沉积物。2 2地形条件地形条件 坝址处沟谷狭窄，而上游开阔，沟床纵坡较缓，沟
24、谷对称，两坝址处沟谷狭窄，而上游开阔，沟床纵坡较缓，沟谷对称，两肩高度能满足坝高与库容要求。肩高度能满足坝高与库容要求。3 3建筑材料和施工条件建筑材料和施工条件 坝址附近有充足的石料、沙等当地建筑材料；离公路较近，易坝址附近有充足的石料、沙等当地建筑材料；离公路较近，易于修筑施工便道，运输方便；有开阔施工场地，有可供使用的水源。于修筑施工便道，运输方便；有开阔施工场地，有可供使用的水源。拦砂坝的布置拦砂坝的布置 坝址初步选出后，拦砂坝的确切位置可根据下列原则坝址初步选出后，拦砂坝的确切位置可根据下列原则作出决定。作出决定。1 1与防治工程总体布置协调与防治工程总体布置协调 拦砂坝的布置应与防
25、治工程总体布置协调拦砂坝的布置应与防治工程总体布置协调, ,与上游的与上游的谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。2 2安全可靠安全可靠 拦砂坝应布置在崩塌与滑坡等突发性灾害冲击范围之拦砂坝应布置在崩塌与滑坡等突发性灾害冲击范围之外，能保证拦砂坝自身的安全。外，能保证拦砂坝自身的安全。3 3效益高效益高 拦砂坝的布置应能满足本身的设计要求，有较好的综拦砂坝的布置应能满足本身的设计要求，有较好的综合效益，如，有足够的拦淤库容，有足够的坝高；既能拦合效益，如，有足够的拦淤库容，有足够的坝高；既能拦沙，又能利用拦截的泥沙反压滑坡等。沙，又能利
26、用拦截的泥沙反压滑坡等。重力式拦砂坝的设计重力式拦砂坝的设计（一）荷载分析一）荷载分析 作用于坝体的泥石流荷载主要有，坝体自重、水压力、作用于坝体的泥石流荷载主要有，坝体自重、水压力、淤积物压力、泥石流体压力、地基反力、扬压力、地震力和淤积物压力、泥石流体压力、地基反力、扬压力、地震力和泥石流冲击力等）。泥石流冲击力等）。 1 1坝体自重坝体自重 2 2水平水压力水平水压力 3 3淤积物垂直压力淤积物垂直压力 4 4泥石流体水平压力泥石流体水平压力 5 5 扬压力扬压力 6 6地震力地震力 7 7泥石流冲击力泥石流冲击力XX沟流域及泥石流治理工程布置图沟流域及泥石流治理工程布置图2.2 2.2 原有工程存在的的主要问题原有工程存在的的主要问题 （1 1）拦沙坝群库容已满，拦蓄能力消失。）拦沙坝群库容已满，拦蓄能力消失。（2 2） 出现拦砂坝坝肩绕流，坝体被破坏出现拦砂坝坝肩绕流，坝体被破坏（3 3） 部分坝体破坏严重部分坝体破坏严重（4 4）排导槽底局部破损严重，排导能力减小）排导槽底局部破损严重，排导能力减小
