泥石流课件

泥石流及其防治舟曲泥石流绪论舟曲泥石流舟曲发生泥石流的主要因素：一、是三眼峪沟内部有滑坡、崩塌等大量的松散固体物质存在，为泥石流的发生提供了充分的物质条件，其中多数为1879年7月1日甘肃文县8级地震所诱发。同时舟曲位于龙门山地震活动带北缘，又临近天水地震活动带，此前也曾受汶川地震波及，土质相对疏松，一遇强降雨容易形成泥石流。二、是三眼峪沟流域上游植被以幼林为主，灌草比例高，局部裸露，储水能力较弱，在经历今年入夏以来长时间严重干旱后，表层土变得更加干松。三、是在近期强降雨作用下，土体强度极大地降低，形成坡面泥石流，并逐步带动沟坡崩滑岩土形成冲击力巨大的泥石流，在从中上游汇流至中下游过程中，使得因地震形成的天然堆石坝逐级溃决，并最终导致泥石流流量的增大和破坏力的增强。1.泥石流的成因及分类成因内在因素外在因素陡峭地形松散固体颗粒强降雨一、成因分析二、泥石流流域划分堆积区固体物质供给区流通区清水供给区三、泥石流分类分类名称泥流狭义泥石流水石流强粘性亚粘性稀性容重1.46~1.802.00~2.401.85~2.001.46~1.851.46~1.90体积浓度0.27~0.470.59~0.830.5~0.590.27~0.500.27~0.53d＞2mm颗粒百分比含量%＜22~80＞80主体颗粒粘粒、粉砂粘粒、粉砂、砂粒、砾石砾石、卵石、漂石沟道纵坡较缓介于较缓与较陡中间较陡2.泥石流运动的理论模型一、研究概述各类泥石流及其运动力学模型类型泥流水石流泥石流稀性粘性稀性饱和稀性粘性主要应力紊动应力粘性应力紊动应力+粒间作用应力离间作用应力紊动应力+粒间作用应力紊动应力+粒间作用应力对应模型紊流模型Bingham模型两相流模型颗粒流模型结构两相流模型结构两相流模型二、泥石流运动力学模型(1)固体颗粒相互摩擦模型这种模型认为固体颗粒相互接触，动量交换是在粒状物质缓慢运动中进行的，流体内部动量交换不予考虑，常用Mohr一Coulomb理论表示固体颗粒塑性流动时产生的剪应力。0tanpCC式中：C为颗粒之间的粘聚力，为颗粒内摩擦角，p为正应力。0(2)固体颗粒相互碰撞模型固体颗粒相互碰撞模型即为Bagnlod的膨胀体模型。与摩擦模型不同的是，固体颗粒在运动中较分散，彼此接触是短暂的，动量交换是通过颗粒间的碰撞来实现的。其剪应力表达式为：2dydu这里系数与固体颗粒的密度、粒径大小、固体浓度等因素有关。(3)固体颗粒摩擦与碰撞混合模型颗粒摩擦模型比较适用于固体浓度高、颗粒间处在长时间接触的情况，而碰撞模型则较符合固体浓度不是很高、颗粒间距离较大、依靠运动中颗粒碰撞传递动量的情况。McTigue、Johnson和Jackson对此进行研究，并提出剪应力为22222021sincosdyduSSSSvvmvvc式中：、为待定系数，、分别为固体体积比浓度的最小值及最大值。122voS2vmS(4)宏观粘性模型以上几个模型中，由于固体颗粒的存在使颗粒相互摩擦或碰撞进行动量交换，导致固液混合流动时剪应力的增加。而宏观粘性模型不同之处在于，由于固体颗粒的存在使得流体剪应力增加。这主要表现在含固体流体的粘性增大，并仍维持牛顿体的特征，即dydum式中含固体流体的粘滞系数与流体性质、温度及固体浓度有关。m(5)粘塑性模型(Bingham模型)泥石流的粘塑性模型是考虑高浓度水沙流在粘性随浓度加大而增加，同时还要克服由于细颗粒形成絮网结构及粗颗粒内部摩擦而产生的屈服应力几的前提下，建立Bingham流体模型，即dyduy式中：为Bingham屈服应力；为Bingham流体刚度系数。y(6)粘塑性与碰撞混合模型这个模型在考虑液相阻力后，又注意到固相粗颗粒的碰撞而产生的阻力，似乎更适合于一般具有大量粗颗粒、浓度较高的泥石流(颗粒之间的相互作用和流体粘性都对流动中的动量交换起作用)，因此应力表达式也更为复杂。O’Brien建立了一个包括屈服值、粘性、颗粒碰撞及紊流应力分量的模型2dydudydutcdy式中：为动力粘度；为离散参数，根据Bagnodl的定义：；，为紊动参数。dc21dasc2lmt3.泥石流灾害调查与评估方法一、泥石流灾害的调查与观测1现场调查及资料收集（1）现场勘查调查（2）资料收集2泥石流观测（1）泥石流的形成条件降雨条件、坡度条件、固体物质补给条件（2）泥石流的运动要素流态、泥深、流速、流量（3）泥石流的堆积特征值泥石流的堆积特征值指现场测量泥石流堆积区的堆积物长度、最大宽度、纵坡降及扇形分散角等，根据这些特征值可以计算出堆积数量，并且通过现场分析堆积物颗粒组成。（4）物理力学指标（试验室测定）颗粒组成、浆体粘度、泥石流容重、沙砾的内摩擦角和剪切强度二、泥石流的成灾方式与等级划分1泥石流的成灾方式（1）沿程冲刷（2）撞击与磨损（3）淹埋与堆积（4）漫流与弯道爬高2泥石流灾害类型与等级划分（1）泥石流灾害类型崩塌滑坡型泥石流灾害溃坝型泥石流灾害侵蚀型泥石流灾害火山泥石流灾害冰川泥石流灾害（2）泥石流灾害等级划分泥石流灾害等级定性划分标准等级受灾对象灾害等级轻度中度重度特重度I大城市、重点大型企业单位、国家重要基础设施I-1I-2I-3I-4II中小城市、中型企业单位、省级以上交通干线II-1II-2II-3II-4III小城镇、小厂矿、地区交通线路III-1III-2III-3III-4IV农田、村庄、县区交通支线等IV-1IV-2IV-3IV-4洪水泥石流等级绝对定量划分标准灾害等级死亡人数/人受灾面积/亩经济损失/万元I（特大灾害）1000100010000II（重大灾害）100~1000100~10001000~10000III（重灾害）50~10050~100100~1000IV（中灾害）10~5010~5050~100V（轻灾害）101050洪水泥石流等级相对定量划分标准灾害等级人口率/%(受灾/总人口)面积率/%(受灾/总面积)经济损失率/%(损失/GDP总值)I（特大灾害）404020II（重大灾害）30~4030~4010~20III（重灾害）20~3020~305~10IV（中灾害）10~2010~202.5~5V（轻灾害）10102.5泥石流发生的临界降雨量泥石流危险区域划分三、泥石流的监测预报系统1泥石流危险区域的划分方法2泥石流的监测预报系统（1）监测内容及仪器装置泥石流监测主要项目及装置监测目的监测项目监测装置说明泥石流发生条件降雨量雨量计判断是否会发生泥石流降灰量大型圆筒振动量振动计泥石流发生位置泥石流源头位置航空拍照、定点摄像机分析与产沙的关系工程治理的效果拦沙坝及导流槽等工程效果试验工程完工后采用摄像机和仪器监测工程的损坏程度测量、倾斜计、照片上下游堆积物组成颗粒计流量与堆积量泥沙数量调查（2）监测预报系统泥位计流速仪摄像机观测数据采集系统自记雨量计电视监视电视录像雨量显示器预警信号ON/OFF报警装置观测数据输出泥石流特征值数字式计时器监控器泥石流沟观测站控制中心泥石流监测预报系统框图4.泥石流防治与预报一、治理措施工程措施工程名称主要作用拦挡工程拦挡坝系拦沙、稳沟、固坡格栅坝、缝隙坝、锯齿坝拦截粗颗粒、排泄水流细沙拱形坝、重力坝拦沙、降坡排导工程排导槽、槽内消力坎、防冲肋板按指向排泄泥石流、护床消能渡槽、明洞、隧道、急流槽集中排泄泥石流导流堤、顺坝、丁坝调整泥石流流露，有利于排导固沟工程谷坊、谷坊群稳固沟床潜坝固定沟床、防止下切护坡工程浆砌石护面墙防护坡面，免遭冲刷挡土墙加固边岸坡脚，免遭冲刷调治工程蓄水工程调蓄洪水、消除或消减洪峰引水、排水渠引排洪水，消减或控制下泄水量截水沟拦截崩塌滑坡体的上方径流停淤工程停淤场、停淤库、拦沙堤拦蓄、停积固体物质溢流堰排泄部分淤积物1工程措施生物措施工程名称主要作用林业工程封山育林、恢复森林植被恢复生态环境、减少水土流失种植水土保持林控制侵蚀、减少水土流失营造护坡防冲林防护堤岸、防止冲刷营造水源涵养林调节洪峰、调节地表径流营造水流调节林控制地表径流种植护堤固滩林解决生物能源、增加经济收入农业工程陡坡退耕还林恢复地表植被坡地阶梯化减少水土流失渠道防渗、合理灌溉防止人为增加泥石流数量牧业工程适度分区放牧、圈养保护草场、减少水土流失选择优良品种、改良牧草提高产草量、增加覆盖率2生物措施二、预防工程1预报预警预报预警工程名称主要作用预测预报划分泥石流危险区域确定泥石流区域及危险度建立预测预报模型预测泥石流发生时间地点规模报警措施建立泥石流监测报警系统进行泥石流实时监测、报警居民避难制定避难措施制定不同规模泥石流避难方案建立避难场所临时与长期避难场所2管理措施管理措施工程名称主要作用行政管理颁布泥石流防治法律法规地质灾害法、地方条例建立泥石流监测管理机构对泥石流进行长期监测管理工程建设与维护管理强化工程质量与维护管理技术培训开办培训班培养技术人才培养专门技术与管理人才社会宣传学习泥石流科普知识了解泥石流最基本特点与危害宣传常见泥石流防治措施增强防灾减灾意识