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1、,泥石流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 泥石流防治工程设计标准 泥石流的设计参数计算 泥石流防治方案 泥石流防治措施 泥石流防治工程设计 泥石流防治工程实例,泥石流：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，泥石流的发生是必然的，可以说它是山地环境的一部分。泥石流灾害：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，称为泥石流灾害。,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在重力作用下沿坡面流动的现象。,泥石流的定义：,泥石流的形成条件：,地形条件 陡峻的地形固体物质 条件 丰富的松散固体物
2、质 水源条件 充沛的水源,高频率泥石流沟谷 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24mm/10min。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。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 泥石流爆发周期一般在10年以上。固体物质主要来于沟床，泥石流发生时“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形成的重要因素。泥石流爆发雨强，一般大于4mm/10m
3、in。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“山青水秀”，沟床内灌木丛密布，扇形地多已辟为农田。粘性泥石流沟中、下游沟床坡度小于4%。,泥石流工程分类：,我国城镇防洪和防治泥石流按城市防洪工程设计规范CJJ50-92的防洪标准采用。,泥石流防治工程设计标准,重要 一般 设计标准 P=2%P=5%校核标准 P=1%P=2%,泥石流的设计参数与计算,泥石流流速 泥石流流量 泥石流径流量 泥石流输沙量 泥石流密度 泥石流冲击力,泥石流流速计算,一般将泥石流分为
4、稀性泥石流和粘性泥石流，采用不同的公式计算。,泥石流流量计算,形态调查法 配方法,根据野外调查泥石流的痕迹，测量泥位高和过流断面面积，计算平均流速和流量，再根据其发生时间确定经验频率。,形态调查法,山洪流量计算 根据中小流域暴雨洪水计算手册提供的暴雨资料，计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（m3/s）；洪峰径流系数；汇流时间（h）；n 暴雨衰减指数；s 暴雨雨力（mm/h）；F 流域面积（km2）。,配方法（清水配方法）,泥石流设计流量 假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，采用配方法将暴雨洪水流量全部换算为泥石流流量，计算公式如下：Qc=Q（1+）D（
5、2）式中：Qc设计泥石流峰值流量（m3/s）；泥石流修正系数，=（rc-rw）/（rs-rc）；rc泥石流容重（t/m3）；rw水容重（t/m3）；rs泥沙比重（t/m3）；D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，量其体积，c=Wc/Vc 式中：c为泥石流容重（t/m3）；Wc为泥石流的重量（t）；Vc为泥石流的体积（m3）。一般每个样品体积不应小于0.005m3,或重量不少于10kg。受取样容器的限制，该方法获取的样品仅为泥石流
6、体中颗粒较细的部分。由于XX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。,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，Qc=Ac Vc 式中，Qc 为泥石流流量（m3/s）；Ac 为调查断面的泥石流过流面积（m2）；Vc为泥石流流速（m/s）。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、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（10-7）计算泥石流的流量。,泥石流径流量
7、,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泥石流径流量按下式计算:Vc=19 T Qc/72 式中：Vc泥石流径流量（m3）；Qc设计泥石流峰值流量（m3/s）；T泥石流历时（s）。,一次泥石流冲出固体物质总量按照下式计算：Vs=Cv Vc=Vc（rc-rw）/（rs-rw）式中：Vs通过计算断面固体物质实体总量（m3）；Vc泥石流径流量（m3）；rc泥石流容重（t/m3）；rw水容重（t/m3）；rs泥沙比重（t/m3）。,泥石流输送固体物质量计算,基本思想：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、成灾的规律，采取
8、必要的工程手段，最大限度地减轻泥石流灾害。,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,实事求是 以防为主，防治结合 因害设防，突出重点 因地制宜,综合防治方案 以拦挡为主 的方案 以排为主的防治方案 以生物工程为主的方案,泥石流防治的方案：,综合防治方案：,以小流域为单元，全面规划，综合治理 工程措施、生物措施、预警报、管理措施等结合使用 多种防治建筑物联合使用 灾害治理与发展经济相结合,XX市XX县XX乡XX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（1）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，防止或减轻大规模泥
9、石流灾害；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；在沟口布置防洪堤，保护沟口XX村免遭洪水和高含砂水流袭击。（2）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。在各支沟山坡的中上部发展水源涵养林680hm2，中下部营造水土保持林370 hm2，水土保持薪炭林150hm2，水土保持经济林76 hm2，经济林17 hm2，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，稳坡固岸，抑制泥石流的发生发展。（3）预警报工程设计方案
10、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。（4）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 1
11、1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,主要工程措施：排导槽、小型拦挡坝、渡槽 要 点：排导槽、渡槽平面和纵断面的 合理布置 在排导槽、渡槽的上游布置少 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 主要防治建筑物,泥石流防治措施,主要泥石流泥石流防治建筑物,拦砂坝 谷坊 排导槽 渡槽 停淤场 明洞,拦砂坝的种类 重力式 格栅式 柔性 桩林,泥石流拦砂坝（重力式）的特点：作用 拦截泥沙、排水，水土分离 固定沟床、稳定沟坡 坝后淤积泥沙反压滑坡 结构 坝体上游边坡比 1:0.50.
12、7 坝体下游边坡比 1:0 0.2 坝体上设有排水孔 一般不专门设溢洪道消能 软基消能,拦砂坝的布置,（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（1/20001/10000），结合现场实地踏勘选定，选择坝址可考虑如下条件。1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、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。2地形条件 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。3建筑材料和施工条件 坝址附近有充
13、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。,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作出决定。1与防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,与上游的谷坊或拦砂坝，下游的拦砂坝或排导槽能合理地衔接。2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外，能保证拦砂坝自身的安全。3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。,重力式拦砂坝的设计,（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、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）。1坝体自重 2水平水压力 3淤积物垂直压力 4泥石流体水平压力 5 扬压力 6地震力 7泥石流冲击力,XX沟流域及泥石流治理工程布置图,2.2 原有工程存在的的主要问题,（1）拦沙坝群库容已满，拦蓄能力消失。,（2）出现拦砂坝坝肩绕流，坝体被破坏,（3）部分坝体破坏严重,（4）排导槽底局部破损严重，排导能力减小,
