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泥石流

产生在沟谷和坡地上的饱含小至粘土,大至巨砾的液固两相流,是混合侵蚀的一种形式。中国山区面积很大,地质岩性复杂,加上陡峻地形和不良气候条件,成为世界上泥石流发生较多的国家之一。天山、祁连山、昆仑山的前山地带,秦岭、太行山区、北京西山地区,辽西山地和吉林的长白山地区,都有泥石流发生,而西藏东南部、滇西及滇东北、四川南部山区则更加频繁,是危害严重的典型泥石流区。

产生在沟谷和坡地上的饱含小至粘土,大至巨砾的液固两相流,是混合侵蚀的一种形式。

中国山区面积很大,地质岩性复杂,加上陡峻地形和不良气候条件,成为世界上泥石流发生较多的国家之一。天山、祁连山、昆仑山的前山地带,秦岭、太行山区、北京西山地区,辽西山地和吉林的长白山地区,都有泥石流发生,而西藏东南部、滇西及滇东北、四川南部山区则更加频繁,是危害严重的典型泥石流区。泥石流挟带了大量顽石巨砾,有时流速很高,具有极大的破坏力。泥石流出峡谷以后,所挟带物质堆积形成大面积的扇状砂砾圆锥,淤埋依山傍水的村镇农田,冲毁道路桥梁和水利建筑物,甚至堵塞江河,形成险滩和溃坝性洪水,对江河构成严重危害。

泥石流分类 泥石流分类的方法主要有:①按泥石流组成可以分为三类:泥流,所挟带的物质主要是粗砂以下的泥沙,有时也有少量的碎石岩屑;泥石流,泥石流体由大量细颗粒物质(粉碎、粘土等)和巨大的石块、漂砾及水组成;水石流,主要由大石块和稀泥浆所组成。②按照形成泥石流的动力条件可以分为水力和重力两类:水力类泥石流,主要由地表径流的强烈侵蚀作用或水体溃决,造成大量固体物质进入河沟所形成的泥石流;重力类泥石流,主要由土壤体内容水量超过饱和,失去平衡,引起滑动所产生的泥石流。

泥石流的运动特性 典型泥石流的显著特征是常以间歇性的阵流形式出现,在一次泥石流过程中形成十几次至几十次阵流。阵流的前峰高而陡,多由大石块组成,俗称“龙头”。在平面上成为一个向前突出的舌形体。有时龙头以几米至几十米的高峰,奔腾咆哮冲出峡谷,所到之处,烟尘滚滚,泥浆飞溅,响声隆隆,地面颤动。由于泥石流运动中所遇到的沿程损失,阵流变薄,流速变慢。最后呈叶片状停积在沟床中。泥石流阵性流动过程中,一阵比一阵向前推进更远,这一过程称为“铺床过程”。在铺床过程完成以后,继之而来的泥石流便以较快的速度在泥面上运动。泥石流由于流速快,惯性大,在流经弯道处,凹岸有显著的超高现象,容易产生截弯取直。遇有反坡时,能爬高翻越前进,有时甚至可以爬越高达5~10米的阶地、陡坎或导流坝。泥石流停积以后,仍保持运动时的结构不变,形成许多平行于主流方向的砾石堆。其形态有舌状、垄岗状和岛状,具有较平坦或中间微微突起的顶面。两侧成较陡的斜坡,前缘成陡坎。由于泥石流这种运动性和堆积形态,使得堆积扇的地面坎坷不平,与一般山洪或冰川作用形成的山麓堆积扇迥然不同。

泥石流形成条件 泥石流的形成,必须同时具备丰富的松散固体物质、足够的水源和陡峻的地形三个基本条件。人为活动对某些泥石流的发生也有密切的影响。①松散固体物质条件:固体物质的成分、多少和补给方式,决定泥石流的类型、性质和规模。泥石流源地,主要是指松散固体物质的场地。松散物质的构成、储存和积聚取决于地质的内外营力条件,包括地质构造、新构造运动、地震、地层岩性、不良物理地质现象等。地质构造,特别是深大断裂及其派生的次生级断裂,经常成为提供泥石流松散固体物质诸因素中最基本的因素。由于新构造运动的继承性,以及它对第四纪地形的控制和对地震的诱发等关系,新构造运动对泥石流的发生和发展起主导作用。在垂直差异性运动地区,泥石流沟集中发育,活动频繁。大部分泥石流分布于新构造运动的抬升或垂直差异性抬升地段。强烈的地震会促成泥石流固体物质大量形成而且积聚快。地震会显著降低岩层的强度,破坏山体稳定,使山体开裂以至发生崩塌、滑坡等块体运动,直接增加了泥石流的固体物质来源。地震断层的断裂带岩石十分破碎、质地疏松,常常成为泥石流源地。地震常使停歇的泥石流复活,使衰退的泥石流转而旺盛发展。泥石流的发育与地层岩性的分布有关。泥石流的组成和流态性质也取决于由一定地层岩性所供给的固体物质成分。泥石流源地最常见的岩层,有片岩、千枚岩、板岩等浅变质地层。沙质岩互层和煤组地层分布地区,常夹有页岩、碳质页岩、粉沙岩及泥岩等,也容易形成泥石流。火山岩中的玄武岩、凝灰岩分布地区也易形成泥石流源地。千枚岩、片岩、页岩、碳质页岩、泥岩及第四系细颗粒的粘性土的源地常发生粘性泥石流,而玄武岩、砂岩、砾岩及第四系粗颗粒的砂砾土源地则出现稀性泥石流。不良地质现象,如滑坡、崩塌、错落等现象以及溅蚀、片蚀、沟蚀等水蚀作用,对泥石流固体物质的积聚起着重要作用。此外,地下水对土和软质岩石能起浸润、潜蚀和溶解等作用,增加土体或软质岩石的孔隙度和湿度,降低强度、降低土体稳定性,从而发生滑坡,溜坡等,有些直接成为“滑坡”泥石流。②水源条件:水是激发泥石流暴发的重要条件,是泥石流的组成部分和搬运介质。泥石流的水源有暴雨、冰雪融水、水体溃决等形式。中国泥石流的水源主要是暴雨。各地区随气候与地貌的不同,暴雨的分布和降落特点,有很大的差异,因而形成了显著的地区性泥石流特征。如北方雨量小,泥石流暴发稀少;南方雨量大,泥石流暴发频繁。③地形条件:形成泥石流的地形特征是陡峻和高差大,这种地形特征是泥石流的动力条件之一。中国泥石流多发生在具有这种特征的高原边缘的陡峻坡面上和深切的河谷中。形成泥石流的地形主要由陡峻的坡面和沟谷所组成。坡面地形是泥石流固体物质的主要源地之一,它的基本作用是块体重力运动和坡面剥蚀,为泥石流直接提供固体物质。沟谷地形是泥石流的集散地,是固体物质积零成整的储备区。坡面提供的固体物质,首先汇集在沟谷内,在山洪激发下,顺着陡峻的沟谷冲向下游,形成泥石流。在动能强大的泥石流运动中,在沟谷上、中游常产生揭底冲刷,增大泥石流流势,而在下游展宽沟床堆积。④人为活动的影响:人为活动对泥石流的影响有两个方面:积极方面是防治泥石流,变害为利;消极的方面会引起泥石流发生、发展、复活或加剧其危害作用。例如破坏自然条件,增加松散固体物质的补给量或水量等均会导致泥石流的发生。

泥石流的防治措施 泥石流的防治措施主要有:①防护工程:泥石流集中的山区溪流沿线,可作一定的防护建筑物,如护坡、挡墙、顺坝、丁坝等,其作用是抵御或消除泥石流的冲刷、冲击、侧蚀、淤埋等危害。②排导工程:其作用是改善泥石流流势,增大泥石流沟道的泄洪能力,使泥石流按设计意图顺利排泄。③拦挡工程:用以控制组成泥石流的固体物质和雨洪径流,削弱泥石流流量、下泄总量和能量,减少泥石流对下游建筑物的冲刷、撞击、淤积等危害。④生物措施:用以保护山坡坡面,保持水土,制止泥石流继续发育,逐渐减轻以至最后根治泥石流的危害,是积极的防治泥石流的措施。