汶川地震次生泥石流形成模式与机理

以汶川地震灾区的典型的代表性泥石流案例为基础,分析了汶川地震次生泥石流的形成地形地貌、降水和土源条件特征,概括分析了汶川地震泥石流形成的5种模式,即:(1)沟床启动型;(2)坡面崩滑转化型;(3)震裂表土侵蚀启动型;(4)滑坡表面土体液化型和(5)松散坡积物冲切沟启动型。分析了这些形成模式的启动机理。地震次生泥石流的形成机理包括土力类和水力类。泥石流的形成需要一定的细颗粒含量,尤其是粘土颗粒含量;此外低密度干燥度较高的土体在降雨作用下易湿陷,体积收缩,从而有利于土体孔隙水压力的升高,而有利土体强度的降低,导致泥石流的启动。所以地震灾区的泥石流集中分布于干旱河谷松散固体物质大量存在且以花岗岩风化壳和碎屑岩及其变质岩为主的地区,降雨量特征与国内外众多泥石流的降雨特征可以比较,其模式多样。     

沟床侵蚀主导型泥石流形成机理与成灾特征——以石棉县2013-07-04群发泥石流为例

2013年7月4日18时许,石棉县后沟、熊家沟、马颈子沟3沟同时发生了泥石流。以石棉县2013-07-04群发泥石流为研究对象,通过调查测绘、遥感解译,研究了沟床侵蚀主导型泥石流的形成机理和成灾特征。调查研究表明:小时雨强36.6 mm的暴雨激发了这次群发泥石流,该短历时强降雨可视为是触发这次群发泥石流关键因素;沟床质侵蚀与起动是泥石流最重要的物源,3条沟内约97×104m3沟床堆积物被侵蚀补给泥石流,这次群发泥石流流体粘度高,搬运能力强,下游峰值流量分别达到751.0 m3/s,870.1 m3/s和758.7 m3/s。研究结果对沟床侵蚀主导型泥石流的形成机理和成灾特征的认识及防灾减灾实践具有一定的参考价值。     

中低山台风暴雨型泥石流形成机制和动力特征——以江西德安杜家沟泥石流为例

受台风"麦德姆"登陆影响,江西省德安县博阳河流域曾于2014年7月24日爆发群发性泥石流,该次泥石流物源类型多样、地质条件复杂,对沟口杜家沟及下游居民的生命财产安全产生了巨大威胁。通过野外调查及室内试验,分析本次泥石流的发育条件和形成机理,利用极限平衡法计算了泥石流的稳定性,提出了治理的方法和对策。研究表明:该次泥石流是在强降雨诱发下,以中上游沟道松散物为启动点、沿程崩滑、侵蚀、揭底、堵塞、溃决,是一场由台风暴雨形成的突发灾害。影响泥石流形成的主要因素是强降雨、丰富的松散物源和陡峻的地貌;泥石流形成过程可分为强降雨、崩滑侵蚀、堰塞溃决三个阶段。参与杜家泥石流启动汇集的物质来源主要为崩滑物源和沟道物源,其中,沟道崩滑量占总量的85%,沟道物源补给以沟道松散物为主,占总量的15%。杜家沟泥石流的成灾模式类型多样,表现为撞击冲毁、堵塞沟道、威胁下游。该泥石流具有低频、灾害链效应。     

四川九寨沟县关庙沟泥石流及其防治对策

关庙沟为嘉陵江上游支流白水江右岸的一条支沟,位于四川九寨沟县城区,曾多次发生过严重的泥石流灾害,直接威胁县城和九寨沟旅游环线公路的安全。该沟泥石流具有容重大(2.20t/m~3)、搬运固体物质粒径粗、固体物质以沟岸滑坡和沟床堆积物补给为主等特征。本文分析了该沟泥石流的形成、流体性质、类型等基本特征,预测灾害的发展趋势,提出泥石流减灾防灾对策。     

黄龙景区红岩关沟的泥石流及防治

红岩关沟为四川松潘县黄龙风景名胜区内涪江上游一条支沟,曾发生过严重的泥石流灾害.该地的泥石流具有活动频繁、危害严重、容重大、固体物质粒径粗、以及主要以沟岸滑坡、崩塌、沟床堆积物补给为主等特点.本文分析了该地泥石流的形成、流体性质、类型等基本特征,预测了泥石流的发展趋势,提出了治理措施.     

下游集中补给型泥石流动力学特征与防治对策——以四川省泸定县干沟泥石流为例

干沟泥石流是一条典型的下游集中补给型泥石流沟,其物源的启动、流通与堆积在700 m范围内完成.以2005年干沟泥石流过程为例,应用三种计算公式对该沟泥石流的动力学参数进行了计算.通过计算发现,三种公式计算结果差别不大,并取其平均值作为计算结果.根据干沟泥石流流量计算和形态调查对比分析,认为2005年干沟泥石流的形成过程具有明显的堵溃效应,且前期降雨对泥石流的发生影响较为明显.在对干沟泥石流动力学参数计算、物源补给特征及形成过程分析的基础上,认为干沟在2005年后易形成高频泥石流,对该沟泥石流开展监测预警尤为必要,提出了该沟泥石流监测预警方式并予以实施,可为干沟泥石流的防灾减灾提供科学依据.     

汶川震区绵虒镇“8·20”登溪沟泥石流灾害调查与分析∗

2019 年 8 月 20 日汶川县绵虒镇登溪沟暴发大型泥石流灾害,导致沟口房屋、国道和高速公路损毁,交通中断长达数月,同时大量冲出物质堵塞岷江河道,使岷江河道改道左岸,水位抬升,形成链式灾害。基于登溪沟泥石流形成条件、致灾特征以及泥石流事件前后现场调查和遥感影像解译进行了分析,采用配重法和形态调查法计算获得泥石流的容重和动力特征。结果表明,登溪沟泥石流是短历时强降雨、有利的地形条件及地震作用产生的丰富物源以及沟道强烈侵蚀多种因素共同作用的结果,其成灾模式可总结为降雨快速汇流?沟道物质启动形成泥石流?泥石流沿程铲刮裹挟?岸坡坍塌堵溃?泥石流规模放大冲出沟口的运动过程,泥石流事件前后影像解译显示坡面物源和沟道物源随着时间产生了显著演化,流域内物源仍然丰富。汶川地震虽已过去十年以上,泥石流活动性仍然较高,因此针对登溪沟泥石流活动进行了详细调查分析以期加强对强震区震后中长期泥石流特征的进一步认识。     

毛家湾隧道口沟泥石流形成机制及发展趋势研究

2010年8月14日、2011年7月3日,G213线都(江堰)汶(川)路段毛家湾隧道口沟经历了两次规模较大的泥石流。泥石流携带的大量固体物质没有冲出沟口,而是淤积于主沟沟床,逐次向下游推进。由于该沟流域面积小、沟长短、纵坡大、沟道较顺直,因此产生上述现象,着实令人费解。笔者通过深入调查、多年跟踪研究,从毛家湾隧道口沟所处的地质环境入手,分析了泥石流的形成条件,及其与强震、强降雨的关系,泥石流的运动与沟床物质组成的关系;初步揭示了泥石流的运动-堆积特征及形成机制。提出了一次泥石流运动过程中具有"紧急刹车"的现象,以及多次泥石流具有"逐次推移"的发展模式,对防治具有类似特点的泥石流灾害具有借鉴价值。     

冻融条件下冰碛补给型泥石流物源汇集过程与灾变初探

冻融作用在高寒山区以冰碛作为物源补给的泥石流形成及演化过程中起着重要的作用。针对冻融条件下冰碛补给型泥石流物源的汇集特征,结合泥石流物源区沟道岸坡的微地貌特征,通过分析冻融条件下松散物源汇集的影响因素、汇集阶段及汇集过程与暴发频率的关系,认为冻融条件下冰碛补给型泥石流的物源汇集过程可分为三种汇集方式(循环式冻融汇集、季节性冻融汇集及坡向式冻融汇集)和三个连续阶段(物源空旷阶段、物源丰富阶段及物源充足阶段)。在冰碛补给型泥石流物源汇集阶段划分的基础上,对在不同阶段泥石流发生灾变的可能性进行了分析和预测,并根据不同灾变阶段提出了相应的防灾减灾对策。     

丹巴县邛山沟特大灾害性泥石流汇流过程分析

在实际调查的基础上,对2003年7月11日发生在四川省丹巴县邛山沟的特大灾害型泥石流汇流过程进行了模拟.研究发现,邛山沟泥石流的产生,系由于流域基岩表面的残破积物在70多天的断续降雨过程中饱和或接近饱和,在7月11日晚突降暴雨的作用下,沿途坡面土体基本同时启动,坡面泥石流汇流,产生高容重的粘性泥石流,最后与左支沟(甲沟)的洪水汇合形成大规模的泥石流.沿途由于粗大颗粒的堵塞,峰值流量在有些断面迅速增大.     

四川青衣江上游若壁小沟泥石流及其防治对策

若壁小沟为四川青衣江上游左岸的一级支沟,该沟处于深切割高山峡谷区,地形坡度陡,构造发育,岩石破碎,加之较为丰富的降雨,使该沟具备泥石流暴发的条件。该沟如果暴发泥石流,将对某电站拟建厂房产生威胁。该沟泥石流具有成灾快、危害严重、松散固体物质以坡面崩塌补给为主、活动频率中等等特征。通过野外考察和取样分析,该沟泥石流的性质和类型为中频率—中~大规模—低~高粘度泥石质泥石流。分析预测了该沟泥石流在强烈地震条件下、近期出现不同频率暴雨情况下及人类活动影响下的发展趋势。在此基础上,提出了该沟泥石流减灾工程规划方案。     

秦巴山区泥石流动力学特征及致灾模式

通过详细调查2014年9月19日秦岭南坡九千岔沟的洼沟泥石流的发生、发展和堆积过程,分析泥石流发生时物源的颗粒级配、容重及泥石流的流速、流量、最大历时等物理性质和动力学特征,认为洼沟泥石流形成过程具有明显的溃决效应,且前期降水对该泥石流的形成有显著影响;洼沟泥石流是一种流速高、流量大、历时长的粘性、降水弃渣型泥石流;洼沟泥石流运动过程具有高位远抛、沿沟揭底、受阻爬坡、分流折转、弯道加速、S型前进的特点;洼沟泥石流致灾模式严格受泥石流堆积过程中行进路线的影响,尤其是高位冲积,在S型弧线弯道处跌落时能量巨大,是本次致灾的主要原因。     

汶川县映秀镇红椿沟特大型泥石流形成机制及堵江机理研究

2010年8月14日,汶川县映秀镇红椿沟因连日强降雨,发生灾害性特大泥石流,完全中断都汶公路的交通,并冲入岷江形成堰塞体,致使河水改道,冲进映秀新区使数十幢房屋成为孤岛,严重危胁到灾后重建的胜利成果。研究红椿沟泥石流的基本特征、变形破坏机制、类型规模及防治对策,对防治高地震烈度泥石流灾害、确保灾后重建成果具有重要意义。以红椿沟特大型泥石流为例,在研究地质灾害形成的地质背景及条件、基本特征的基础上,分析了泥石流的形成机理及断路堵江的具体原因,预测了泥石流发展的趋势,对重要物源点进行了稳定性分析,提出了红椿沟泥石流的形成及堵江除丰富的震后松散物源、强降雨外,还与其独特的地形地貌密切相关。研究表明,红椿沟特大泥石流是从其上游甘溪铺支沟开始启动、汇集溃决,随后带动主沟物源冲入岷江,与岷江上游烧房沟泥石流冲入江中物质在江中汇集,形成堵江。红椿沟内物源丰富,必须加强防治,防止泥石流的再次危害。     

四川省汶川县簇头沟“7.10”泥石流灾害成因与特征分析

簇头沟是岷江右岸一条低频泥石流沟,受2013年7月极端暴雨的影响,暴发特大泥石流。结果显示,汶川地震造成流域内的坡面和沟道堆积的大量的松散物质是泥石流形成的物源,流域上游暴雨及其形成的山洪是此次泥石流形成的激发因子。"7.10"泥石流为过渡性泥石流,泥石流容重约为1.8~1.9 t/m3,沟口处最大流速为9.2 m/s,峰值流量为515 m3/s,冲击力达到3 657 t,输沙总量约为50×104m3。泥石流过程表现为为暴雨(山洪)—滑坡(坡面泥石流)—泥石流—堰塞湖—溃决洪水。对震后低频泥石流危险性认识不足、防治工程设计标准偏低是此次灾害造成重大损失的主要原因。在未来灾害防治工程设计中,应合理估计灾害规模和潜在风险。     

极震区泥石流流量计算方法的研究

极震区形成了大量高位能型滑坡和震裂山体,震裂山体在重力和后期降雨联合作用下,震裂面延伸、扩展和贯穿,从而形成贯通性破坏面,破坏结构,这使震裂潜在型物源转变为新崩滑体物源。极震区物源与非地震区物源迥异的物理性质,使泥石流启动的临界条件降低,导致泥石流流量在物源形成、汇流和运动过程都具有放大效应,现有的泥石流峰值流量计算方法在极震区的应用具有明显的局限性。综合考虑了地震放大效应、沟道纵坡降、沟道宽度、水动力条件和泥石流物理性质等因素对泥石流流量的影响,建立了泥石流流量-冲刷模型。对比实例验算结果和实测流量,吻合较好,说明本文计算公式对于极震区的适用性和有效性。所得成果可用以估算汶川地震中极震区泥石流流量,对泥石流防治措施的选择有参考价值。     

动床条件下泥石流运动参数变化特征实验研究∗

泥石流运动参数变化特征与泥石流流量、沟床纵坡和沟床物源物质组成等紧密相关,准确确定泥石流运动参数变化特征对于进行流域风险评估和防治工程规划设计具有重要意义。通过室内水槽实验探索了不同来流流量、 沟床纵坡和物源细粒含量条件下,沟槽观测点处泥石流流深、流速和容重的变化情况。结果表明：来流流量和沟床纵坡越大,物源细粒含量越小时,泥石流冲刷能力越强;相同实验条件下,流体流深与来流流量间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流深受来流流量的影响大于细粒含量;流体流速与来流流量和沟床纵坡间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流速受沟床纵坡的影响最大,受细粒含量的影响最小;流体容重与来流流量和细粒含量间呈负相关关系,与沟床纵坡间呈正相关关系,且容重受沟床纵坡和细粒含量的影响大于来流流量。 通过水槽实验数据对泥石流流量进行拟合,采用流量拟合式对锅圈岩沟 2013 年“7·26”泥石流峰值流量进行计算, 与野外实测值对比精度高于 80%。     

极震区震后泥石流物源特征研究

汶川地震后,极震区产生了大量的崩滑堆积体、震裂岩体及震动松弛覆盖层,极震区震后泥石流物源的产生及汇集方式发生了极大的变化,但缺乏震后特殊条件下动储量的计算方法。在实际调查统计"5·12"极震区安县高川乡多条泥石沟物源的基础上,总结了极震区震后泥石流的形成过程及启动方式。分析得出,震后泥石流物源量与沟域面积、高程放大效应、断层运动方式、地质岩性条件及地形条件等因素有关,其中沟域面积、沟顶高程及沟道与发震断裂的距离为主控影响因子。在此基础上,提出了"地震高程指数放大经验模型";通过多元统计拟合法首次得出了震后泥石流动储量与流域面积、高差的计算关系,并通过地震距离修正得出极震区震后泥石流的动储量计算公式,为震后泥石流动储量估算及工程治理提供参考。     

都江堰市龙池镇煤炭坪泥石流形成条件及特征

通过对都江堰市龙池镇煤炭坪泥石流灾害的现场调查,分析了泥石流的特征及形成条件,并对沟道内的松散固体物质储量进行了计算,分析了危险区范围。结果表明:煤炭坪流域的地形特征为泥石流的形成提供了有利的地形条件,"5·12"汶川地震和"4·20"芦山地震为泥石流的形成提供了丰富的物源条件,多次强降雨为泥石流的启动提供了充足的水源条件。通过计算得出,煤炭坪沟道内可转化为泥石流的松散固体物质储量约为14.65×104m3,其中形成区为6.01×104m3,流通区为8.64×104m3,泥石流最大危险范围为0.2422 km2。     

泥石流堵塞坝溃决模式实验

为了研究泥石流堵塞坝溃决的模式,采用模型实验对堵塞坝溃决的过程进行模拟,实验历时2个月,共13组.实验中,通过改变主沟的水力参数和坝体参数研究泥石流堵塞坝溃决的全过程,并作了相关记录.通过对理论和实验数据的分析,泥石流堵塞坝的溃决形式有3种:冲刷溃决、有表面流的泥石流堆积体水力再启动、没有表面流的泥石流堆积体重力再启动.讨论了冲刷溃决中颗粒启动和有面流泥石流水力再启动的临界条件,并分析了启动流速u0和颗粒粒径D之间的关系;分析了泥石流重力再启动时堵塞坝坡面破坏的一般形式和特征;通过实验数据对不同溃决形式的溃决条件进行了验证,结果比较吻合.     

不同密实度条件下泥石流沟侧岸堆积体破坏过程研究

沟道两侧的松散堆积体是泥石流形成的重要物源之一,其在暴雨洪水过程中的破坏和失稳过程在某种程度上决定了泥石流的形成过程,不同密实度条件下堆积体的稳定性和破坏过程将有所不同。本文通过室内理论模型实验研究沟岸两侧堆积体的破坏过程,重在探讨不同密实度下堆积体破坏过程的差异。通过设计4组水槽实验,对不同密实度的堆积体破坏过程进行了实验模拟。结果表明:侧岸堆积体的破坏总体上可分为3个阶段:坡脚侵蚀阶段、频繁崩滑阶段、逐渐稳定阶段,在实验尺度下,较松散的堆积体在水流侧蚀作用下,主要破坏模式为局部滑动失稳;较密实的堆积体,容易形成临空面后易发生大规模倾倒式破坏,表现为重力式坍塌;堆积体频繁失稳过程并不是一次性整体破坏,而是一个逐步渐进的过程,破坏在时间上具有间歇性,空间上具有离散性,规模上涨落性;较松散的堆积体,土体破坏的间隔时间短,但平均规模和总体较小;较为密实的堆积体,土体破坏间隔时间长,但平均规模和总体规模较大,反映了不同密实土体破坏过程的差异。该研究拟为山区流域泥石流的形成方式和过程研究作出贡献。