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2019年巖土工程師《基礎知識》考點:泥石流工程地質

2019-08-02 13:00

1.泥石流的基本概念、活動特點。

(1)泥石流:是發生在山區的一種含有大量泥砂和石塊的暫時性急水流。

(2)泥石流活動過程與一般山洪活動的根本區別,是這種流體中固體物質含量很大,有時可超過水體量。

(3)活動特點是:在一個地段上往往突然爆發,能量巨大,來勢兇猛,歷時短暫,復發頻繁。

(4)我國泥石流分布:在廣大的高、中山區,特別是我國西部地區。

2.泥石流的形成條件

(1)地形條件:泥石流總是發生在陡峻的山岳地區,一般是順著縱坡降較大的狹窄溝谷活動的,可以是干涸的嶂谷、沖溝,也可以是有水流的河谷。每一處泥石流自成一個流域。典型的泥石流流域可以劃分成形成區、流通區和堆積區三個區段。

(2)地質條件:地質條件決定了松散固體物質的來源,也為泥石流活動提供動能優勢。泥石流強烈活動的山區特點:地質構造復雜、巖石風化破碎、新構造運動活躍、地震頻發、崩滑災害叢生。這樣的地段,既為泥石流活動準備了豐富的固體物質來源,又因地形高聳陡峻,高差對比大,具有強大的動能優勢。在泥石流形成區內有大量易于被水流侵蝕沖刷的疏松土石堆積物,是泥石流形成的最重要條件。

(3)氣象水文條件:泥石流形成必須有強烈的地表徑流,它為爆發泥石流提供動力條件。泥石流的地表徑流來源于暴雨、冰雪融化和水體潰決等。暴雨型泥石流是我國最主要的泥石流類型。我國除西北、內蒙地區外,大部分地區受熱帶、亞熱帶濕熱氣團的影響,由季風氣候控制,降水季節集中。

3.泥石流的基本特征

(1)泥石流的密度:泥石流中含有大量固體物質,所以它的密度較大,達1.2-2.4t/m3。泥石流密度

的大小,取決于水體和固體物質含量的相對比例以及固體物質中細顆粒成分的多

少。溝谷縱坡降的大小也與泥石流密度有一定關系。因為溝谷縱坡降愈大,沖刷

力愈強,可促使更多的固體物質加入。泥石流有較大的密度,所以它的浮托力大,

搬運能力很強。

(2)泥石流的結構:泥石流體最主要的結構,是由石塊、砂粒和泥漿體所共同組成的格架結構。石塊在漿體中可有懸浮、支承和沉底三種狀態。并隨著石塊含量的增加和粒徑的變化,還可分為星懸型、支承型、疊置型和鑲嵌型等四種類型。它們的沖擊強度依次增加,尤其是鑲嵌型格架結構,當運動時整體性強,石塊間不會發生猛烈的撞擊,普遍發生力的傳遞,所以它的沖擊力最大,危害最為嚴重。

(3)泥石流的形態:泥石流的流態主要受水體量與固體物質的比值以及固體物質的粒徑級配所制約。泥石流體大多屬似賓漢體(泥漿體系賓漢體),所以流動理論多以賓漢體流變方程為基礎;當泥石流體中固體物質較少,且以粗大的砂礫為主時,則與牛頓體紊流流變方程類同;當粘性泥石流流速較小、流速梯度也較小、流體中的石塊移動和轉動緩慢時,其流態為蠕動流。蠕動流是一種似層流,流線大致平行。

(4)泥石流的直進性:由于泥石流體攜帶了大量固體物質,在流途上遇溝谷轉彎處或障礙物時,受阻而將部分物質推積下來,使溝床迅速抬高,產生彎道超高或沖起爬高,猛烈沖擊而越過溝岸或摧毀障礙 物,甚至截彎取直,沖出新道而向下游奔泄。這就是泥石流的直進性。一般的情況是,流體愈粘稠,直進性愈強,因此沖擊力也愈大。

(5)泥石流的脈動性:由于泥石流具有賓漢體的性質和運動的阻塞特性,故流動不均勻,往往形成陣流。這就是泥石流的脈動性。脈動性是泥石流運動過程區別于洪水流過程的又 一特性。一般的洪流過程線是單峰型漲落曲線,泥石流過程線如圖所示為似正弦曲線,幾乎以相等的時間間隔一陣一陣地流動。有時一場泥石流出現幾十陣至上百陣,陣的前峰表現為高大的泥石流龍頭,高達幾米至幾十米,沖擊力極大。

4.泥石流的常用分類依據及方案

一、按泥石流流域形態分類:

(1)標準型泥石流:典型的泥石流,流域呈扇形,流域面積較大,能明顯地劃分出形成區、流通區和堆積區。

(2)河谷型泥石流:流域呈狹長條形,其形成區多為河流上游的溝谷,固體物質來源較分散,溝谷中有時常年有水,故水源較豐富,流通區與堆積區往往不能明顯分出。

(3)山坡型泥石流:流域呈斗狀,面積一般小于1km2,無明顯流通區,形成區與堆積區直接相連。

二、按物質組成分類:

(1)水石流型泥石流:一般含有非常不均勻的粗顆粒成分,粘土質細粒物質含量少,且它們在泥石流運動過程中極易被沖洗掉。所以水石流型泥石流的堆積物常常是很粗大的碎屑物質。

(2)泥石流型泥石流:既含有很不均勻的粗碎屑物質,又含有相當多的粘土質細粒物質。因具有一定的粘結性,所以堆積物常形成連結較牢固的土石混合物。

(3)泥水流型泥石流:固體物質基本上由細碎屑和粘土物質組成。主要分布在我國黃土高原地區。

三、按泥石流流體性質分類:

(1)粘性泥石流:這類泥石流含有大量細粒粘土物質,固體物質含量占40%—60%,最高可達80%,水和泥沙、石塊凝聚成一個粘稠的整體,具有很大的粘性。它的密度大(1.6—2.4t/m3),浮托力強,當它在流途上經過彎道時,有明顯的爬高和截彎取直作用,并不一定循溝床運動。

(2)稀性泥石流:這類泥石流水是主要成分,固體物質占10%—40%,且細粒物質少。

5.泥石流空間預測、時間預報的研究內容及思路

空間預測

研究內容:編制不同比例尺的泥石流分布圖。包括:小比例尺(1:100 萬或更小)、中比例尺(1:10 萬或1:50 萬)、大比例尺(1:1 萬或5 萬)。

思路:(1)小比例尺:判明省或全國的泥石流危險地區的概略分布狀況;

(2)中比例尺:研究泥石流形成的一般規律和形成條件,并估算出一個地區范圍內的危險度,另可做建設規劃用;

(3)大比例尺:詳細評估某些山地、各地或城市市區及其附近的泥石流現象,以及某條大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。

時間預報

研究內容:用臨界降水量或臨界徑流量這一指標來預報泥石流。

思路:泥石流發生季節指標、天氣尺度系統指標、日暴雨量指標及小時雨強指標。

6.泥石流的防治原則及措施

防治原則:綜合治理、突出重點、因害設防、因地制宜、講求實效。

防治措施

一、生物措施:恢復或培育植被,合理耕收,維持較優化的生態平衡。使流域坡面得到保護,免遭沖刷,以控制泥石流的發生。

二、工程措施:

(1)蓄水引水工程:包括調洪水庫、截水溝和引水渠。作用:攔截部分或大部分洪水、消減洪峰,控制暴發泥石流。

(2)支擋工程:擋土墻、護坡等。作用:在形成區內有崩塌、滑坡嚴重隱患地段,在山腳處修建擋土墻和護坡,以穩定斜坡。

(3)攔擋工程:多布置在流通區內,修建攔擋泥石流的壩體,也稱谷坊壩。作用:攔泥滯留、護床護坡。

(4)排導工程:包括排導溝、渡槽、急流槽、導流堤等,多數建立在流通區和堆積區。作用:調整流向,防止漫流,以保護附近的居民區、交通線路等。