泥石流堆积区建房注意事项

泥石流_土木工程地质

7.4　泥石流

泥石流是一种突然暴发的含有大量泥砂、石块等固、液体两相混合介质的特殊洪流，呈黏性层流或稀性紊流的运动状态。它主要发生在地质不良，地形陡峻的山区及山前区。由于泥石流含有大量的固体物质，突然暴发，持续时间短，侵蚀、搬运和沉积过程异常迅速，比一般洪水具有更大的能量，能在很短的时间内冲出数万至数百万立方米的固体物质，将数十至数百吨的巨石冲出山外。泥石流可以摧毁房屋村镇，淹没农田，堵塞河道，给山区交通和工农业建设造成严重危害。

泥石流对公路、铁路、村镇建筑物的危害是多方面的，主要通过堵塞、淤埋、冲刷和撞击等方式，其对路基、桥涵及其附属构造物与建筑物等产生直接危害，同时也经常由于堆积物压缩和堵塞河道，使水位壅升，淹没上游沿河路基，或者迫使主河槽的流向发生变化，冲刷对岸路基，造成间接水毁。

2010年8月，甘肃舟曲发生特大山洪泥石流，造成极大的生命与财产损失，已成为新中国历史上影响范围最大、造成伤亡最惨重的一次泥石流灾害。灾情简介如下：2010年8月7日23时许，汶川地震重灾区甘肃省甘南藏族自治州舟曲县城东北部山区突降特大暴雨，暴雨持续40多分钟，最大降雨量达90多毫米，暴雨引发县城北山的三眼峪和罗家峪两条沟系内发生特大山洪泥石流（属黏性泥石流），泥石流冲出沟口固体物质约180万方，包括舟曲县城关镇月圆村在内的宽约500m、长约5公里的区域被夷为平地，三个村庄约300户人家被泥石流掩埋，冲毁大小楼房20余栋。泥石流涌入白龙江（嘉陵江支流），形成堰塞湖。堰塞湖使县城南北滨河路被淹，江水高出河堤3m左右。县城沿江建筑一层均被掩埋，北山一带及学校等场地积水和泥沙厚度达2～3m。泥石流灾害使县城受灾区域的近半数房屋建筑受损，白龙江城区段两岸大部分楼房和平房严重受浸，部分房屋倾斜。此次灾害造成舟曲县2个乡（镇）5万多人受灾，约127人死亡，1294人失踪。

典型的泥石流流域，一般可以分为形成、流通和堆积三个动态区，如图7－31所示。

图7－31　泥石流流域分区示意图

Ⅰ—形成区（Ⅰ₁—汇水动力区；Ⅰ₂—固体物质供给区）；Ⅱ—流通区；Ⅲ—堆积区

①形成区。位于流域上游，包括汇水动力区和固体物质供给区。多为高山环抱的山间小盆地，山坡陡峻，沟床下切，纵坡较陡，有较大的汇水面积。区内岩层破碎，风化严重，山坡不稳，植被稀少，水土流失严重，崩塌、滑坡发育，松散堆积物储量丰富。区内岩性及剥蚀强度，直接影响着泥石流的性质和规模。

②流通区。一般位于流域的中、下游地段，多为沟谷地形，沟壁陡峻，河床狭窄、纵坡大，多陡坎或跌水。

③堆积区。多在沟谷的出口处。地形开阔，纵坡平缓，泥石流至此多漫流扩散，流速减低，固体物质大量堆积，形成规模不同的堆积扇。

以上几个分区，仅对一般的泥石流流域而言，由于泥石流的类型不同，常难以明显区分，有的流通区伴有沉积，如山坡型泥石流其形成区就是流通区，有的泥石流往往直接排入河流而被带走，无明显的堆积层。

7.4.1　泥石流的形成条件及其发育特点

1）泥石流的形成条件

泥石流的形成和发展，与流域的地质、地形地貌、水文、气象、植被自然条件有密切的关系，同时也受人类经济活动的深刻影响。

（1）地质条件

凡是泥石流发育的地方，都是岩性软弱，风化强烈，地质构造复杂，褶皱、断裂发育，新构造运动强烈，是地震频繁的地区。由于这些原因，导致岩层破碎，崩塌、滑坡等各种不良地质现象普遍发育，为形成泥石流提供了丰富的固体物质来源。我国的一些著名的泥石流沟群，如云南东川、四川西昌、甘肃武都和西藏东南部山区大都是沿着构造断裂带分布的。

（2）地貌地形条件

泥石流流域的地形特征，是山高谷深，地形陡峻，沟床纵坡大。完整的泥石流流域，它的上游多是三面环山，一面出口的漏斗状圈谷。这样的地形地貌既利于储积来自周围山坡的固体物质，也有利于汇集坡面径流。

（3）水文、气象条件

水既是泥石流的组成部分之一，也是泥石流活动的基本动力和触发条件。降雨，特别是强度大的暴雨，在我国广大山区泥石流的形成中具有普遍的意义。我国降雨过程主要受东南和西南季风控制，多集中在5月至10月，在此期间，也是泥石流暴发频繁的季节。在高山冰川分布地区，冰川、积雪的急剧消融，往往能形成规模巨大的泥石流。此外，因湖的溃决而形成泥石流，在西藏东南部山区，也是屡见不鲜的。

（4）人类活动的影响

良好的植被，可以减弱剥蚀过程，延缓径流汇集，防止冲刷，保护坡面。在山区建设中，如果滥伐山林，使山坡失去保护，将导致泥石流逐渐形成，或促使已经退缩的泥石流又重新发展。如东川、西昌、武都等地的泥石流，其形成和发展都是与过去滥伐山林有着密切联系。此外，在山区建设中，由于矿山剥土、工程弃渣处理不当，也可导致发生泥石流。

综上所述，可以看出，形成泥石流有三个基本条件：①流域内有丰富的固体物质补给来源；②有陡峻的地形和较大的沟床纵坡；③流域的中、上游有强大的暴雨或冰雪强烈消融等形成的充沛水源。

2）泥石流的发育特点

从上述形成泥石流的三个基本条件可以看出，泥石流的发育，具有区域性和间歇性（周期性）的特点。不是所有的山区都会发生泥石流，即使有，也并非年年暴发。

由于水文、气象、地形地貌、地质条件的分布有区域性的规律，因此，泥石流的发育，也具有区域性的特点。如前所述，我国的泥石流，多分布于大断裂发育、地震活动强烈或高山积雪、有冰川分布的山区。

由于水文、气象具有周期性变化的特点，同时泥石流流域内大量松散固体物质的再积累，也不是短期内所能完成的，因此，泥石流的发育，具有一定的间歇性。那些具严重破坏力的大型泥石流，往往需几年、十几年甚至更长时间才发生一次。一般多发生在较长的干旱年头之后（积累了大量固体物质），出现集中而强度较大的暴雨年份（提供了充沛的水源）。如1972年川藏公路某段对岸山坡，两条沟谷先后爆发泥石流，堵断全天河，水位急涨，淹没公路，严重阻碍交通。据事后访问了解，此沟大约在一百年前曾发生过这样规模的泥石流。

7.4.2　泥石流的分类

泥石流的分类，目前尚不统一。这里根据泥石流的形成、发展和运动规律，结合防治措施的需要，介绍以下三种主要分类系统。

1）按泥石流的固体物质组成分类

（1）泥流

所含固体物质以黏土、粉土为主（占80%～90%），仅有少量岩屑碎石，黏度大，呈不同稠度的泥浆状。主要分布于甘肃的天水、兰州及青海的西宁等黄土高原山区和黄河的各大支流、如渭河、湟水、洛河、泾河等地区。

（2）泥石流

固体物质由黏土、粉土及石块、砂砾所组成。它是一种比较典型的泥石流类型。西藏波密地区、四川西昌地区、云南东川地区及甘肃武都地区的泥石流，大都属于此类。

（3）水石流

固体物质主要是一些坚硬的石块、漂砾、岩屑及砂等，粉土和黏土含量很少，一般＜10%，主要分布于石灰岩、石英岩、大理岩、白云岩、玄武岩及砂岩分布地区。如陕西华山、山西太行山、北京西山及辽东山地的泥石流多属此类。

2）按泥石流的流体性质分类

（1）黏性泥石流

黏性泥石流，也称结构型泥石流。其固体物质的体积含量一般约达40%～80%，其中黏土含量一般在8%～15%左右，其密度多介于1　700～2　100kg／m³。固体物质和水混合组成黏稠的整体，作等速运动，具层流性质。在运动过程中，常发生断流，有明显阵流现象。阵流前锋常形成高大的“龙头”，具有巨大的惯性力，冲淤作用强烈。流体到达堆积区后仍不扩散，固液两相不离析，堆积物一般具棱角，无分选性。堆积地形起伏不平，呈“舌状”或“岗状”，仍保持运动时的结构特征，故又称结构型泥石流。

（2）稀性泥石流

稀性泥石流，也称紊流型泥石流。其固体物质的体积含量一般小于40%，粉土、黏土含量一般小于6%，其密度多介于1　300～1　700kg／m³，搬运介质为浑水或稀泥浆，砂粒、石块在搬运介质中滚动或跃移前进，浑水或泥浆流速大于固体物质的运动速度，运动过程中发生垂直交换，具紊流性质，故又称紊流型泥石流。它在运动过程中，无阵流现象。停积后固液两相立即离析，堆积物呈扇形散流，有一定分选性，堆积地形较平坦。

3）按泥石流流域的形态特征分类

（1）标准型泥石流

具有明显的形成、流通、沉积三个区段。形成区多崩塌、滑坡等不良地质现象，地面坡度陡峻。流通区较稳定，沟谷断面多呈V形。沉积区一般均形成扇形地，沉积物棱角明显，破坏能力强，规模较大。

（2）河谷型泥石流

流域呈狭长形，形成区分散在河谷的中、上游。固体物质补给远离堆积区，沿河谷既有堆积亦有冲刷。沉积物棱角不明显。破坏能力较强，周期较长，规模较大。

（3）山坡型泥石流

沟小流短，沟坡与山坡基本一致，没有明显的流通区，形成区直接与堆积区相连。洪积扇坡陡而小，沉积物棱角尖锐、明显，大颗粒滚落扇脚。冲击力大，淤积速度较快，但规模较小。

7.4.3　泥石流的防治

1）泥石流勘察要点

在勘察时，应通过调查和访问，查明泥石流的类型、规模、活动规律、危害程度、形成条件和发展趋势等，作为路线布局和选择通过方案的依据。并收集工程设计所需要的流速与流量等方面的资料。

发生过泥石流的沟谷，常遗留有泥石流运动的痕迹。如离河较远，不受河水冲刷，则在沟口沉积区都发育有不同规模的洪积扇或洪积锥，扇上堆积有新沉积的泥石物质，有的还沉积有表面嵌有角砾、碎石的泥球，在通过区，往往由于沟槽窄，经泥石流的强烈挤压和摩擦，沟壁常遗留有泥痕，擦痕及冲撞的痕迹。

在有些地区，虽然未曾发生过泥石流，但存在形成泥石流的条件，在某些异常因素（如大地震、特大暴雨等）的作用下，有可能促使泥石流的突然暴发，对此，在勘察时应特别予以注意。

2）泥石流的防治原则（此处主要针对公路与铁路）

①路线跨越泥石流沟时，首先应考虑从流通区或沟床比较稳定、冲淤变化不大的堆积扇顶部用桥跨越。这种方案可能存在以下问题：平面线型较差，纵坡起伏较大，沟口两侧路堑边坡容易发生崩塌，滑坡等病害。因此，应注意比较。还应注意目前的流通区有无转化为堆积区的趋势。

②当河谷比较开阔，泥石流沟距大河较远时，路线可以考虑走堆积扇的外缘。这种方案线型一般比较舒顺，纵坡也比较平缓，但可能存在以下问题：堆积扇逐年向下延伸，淤埋路基，河床摆动，路基有遭受水毁的威胁。

图7－32　道路通过泥石流地段的几种方案示意

Ⅰ—从堆积扇顶部通过；Ⅱ—从堆积扇外缘通过；Ⅲ—跨河绕越通过；Ⅳ—从堆积扇中部通过

③对泥石流分布较集中，规模较大，发生频繁、危害严重的地段，应通过经济和技术比较，在有条件的情况下，可以采取跨河绕道走对岸的方案或其他绕避方案（见图7－32）。

④如泥石流流量不大，在全面考虑的基础上，路线也可以在堆积扇中部以桥隧或过水路面通过。采用桥隧时，应充分考虑两端路基的安全措施。这种方案往往很难彻底克服排导沟的逐年淤积问题。

⑤通过散流发育并有相当固定沟槽的宽大堆积扇时，宜按天然沟床分散设桥，不宜改沟归并。如堆积扇比较窄小，散流不明显，则可集中设桥，一桥跨过。

⑥在处于活动阶段的泥石流堆积扇上，一般不宜采用路堑。路堤设计应考虑泥石流的淤积速度及道路使用年限，慎重确定路基标高。

3）泥石流的防治措施

泥石流有不同的特点，相应的治理措施也应有所不同。目前常用的泥石流防治措施主要有以下两个方面。

（1）生物措施

泥石流防治的生物措施包括恢复植被和合理耕牧。一般采用乔、灌、草等植物进行科学种植，充分发挥其滞留降水、保持水土、调节径流等功能，从而达到预防和制止泥石流发生或减小泥石流规模、减轻其危害程度的目的。生物措施包括林业措施、农业措施和牧业措施等，通常要在同一流域内随地形、坡度、土层厚度及其他条件的不同而因地制宜地进行具体布置。

还应注意，在一些滑坡、崩塌等重力侵蚀现象严重的地段，单独依靠生物措施不能解决问题，还需与工程措施相结合才能产生明显的防治效果。

（2）工程措施

泥石流防治的工程措施是在泥石流的形成、流通、堆积区内，相应采取蓄水、引水工程，拦挡、支护工程，排导、引渡工程，停淤工程及改土护坡工程等措施，以控制泥石流的发生和危害。

①防护工程：针对泥石流地区的桥梁、隧道、路基、泥石流集中的山区变迁型河流的沿河线路或其他重要工程设施，采用护坡、挡墙、顺坝和丁坝等措施，作一定的防护，用以抵御或消除泥石流对主体建筑物的冲刷、冲击、侧蚀和淤埋等危害。

②排导工程：其目的是改善泥石流流势，增大桥梁等建筑物的泄洪能力，使泥石流按设计意图顺利排泄。泥石流排导工程包括导流堤、急流槽和束流堤三种类型。

③拦挡工程：拦挡工程是用以控制组成泥石流的固体物质和雨洪径流，削弱泥石流的流量、下泄总量和能量，减少泥石流对下游建设工程的冲刷、撞击和淤积等危害的工程设施。拦挡工程包括拦碴坝、储淤场、支挡工程、截洪工程四类。

④此外，在泥石流地区，一些工程设施还可以采取下列两种措施防御泥石流的危害。

跨越工程：跨越工程是指修建桥梁、涵洞等。

穿过工程：穿过工程是指修建隧道、明洞等，从泥石流下方穿过，泥石流在其上方排泄。