余 意* ，陳學(xué)軍

(1.鄂州職業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，湖北 鄂州 436000;2.桂林理工大學(xué) 土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

泥石流以其暴發(fā)突然、來(lái)勢(shì)兇猛、且極具破壞力的特點(diǎn)而著稱(chēng)，是我國(guó)山區(qū)常見(jiàn)的自然災(zāi)害現(xiàn)象［1］。目前，國(guó)內(nèi)泥石流研究范圍廣泛，張金山［2］通過(guò)描述茶園溝泥石流地質(zhì)災(zāi)害特征并分析其發(fā)生原因，提出相應(yīng)的防治措施，并進(jìn)行相關(guān)論證;王兆印等［3］在室內(nèi)模擬泥石流，將鋪滿鵝卵石的滑道模擬泥石流溝槽，用不同濃度的泥漿充當(dāng)泥石流洪流，研究泥石流形成所具備的條件及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律;王世革［4］通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)大量泥石流災(zāi)害的研究，擬定出針對(duì)泥石流的各種防治措施。以上學(xué)者的研究，將之前泥石流研究從定性分析提升到定性分析和定量計(jì)算的層面，使泥石流災(zāi)害的防治研究工作更加深入。

我國(guó)的泥石流地質(zhì)災(zāi)害大致分布在西藏、四川、云南、甘肅、福建等地區(qū)。而地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度較為強(qiáng)烈的廣東省，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密度大，用地面積勢(shì)必受到一定的局限，“削山造城”是大勢(shì)所趨，山體遭受人類(lèi)劇烈活動(dòng)的影響隨之增大，近年來(lái)泥石流地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生［5-8］。2010年5月14日位于廣州市白云區(qū)太和鎮(zhèn)大源村的廣州某學(xué)院發(fā)生泥石流災(zāi)害，造成約700億元的直接經(jīng)濟(jì)損失，泥石流發(fā)生區(qū)域地質(zhì)情況如圖1所示。

圖1 泥石流區(qū)域地質(zhì)示意圖

1 泥石流特征

一般情況下，泥石流的暴發(fā)必須具備3個(gè)條件:充足的物源物質(zhì)基礎(chǔ)、良好的水體條件和地形或壓力坡度以及激發(fā)、觸發(fā)條件，隨之形成3個(gè)區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，廣州某學(xué)院的泥石流可以劃分為物源區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)。

1.1 物源區(qū)

物源區(qū)面積為238 738.68 m2，地形坡度為15～45°，主溝上游地段物源量不大，物源主要分布在主溝中游多年前的露天采場(chǎng)，另外在支溝地段分布少量的物源。主溝的物源主要為中游的礦山廢棄堆積物和主溝上游溝底沖洪積的松散堆積物，其他地段物源相對(duì)較少，主要為坡面松散物。

1.2 流通區(qū)

流通區(qū)面積為9 814.58 m2，主要分布在泥石流堆積區(qū)尾部以上主溝至主溝中游內(nèi)，流通區(qū)平面形態(tài)呈條帶狀，長(zhǎng)約400 m，總的表現(xiàn)為流通區(qū)范圍小，涇流較長(zhǎng)，溝谷橫斷面呈V、U型，兩側(cè)溝坡坡度為25～45°，溝床坡降約為98%。流通區(qū)內(nèi)中下游地段在泥石流發(fā)生前已修建建筑物。泥石流沖下的泥沙和塊石堵塞排水溝，堆積厚度約為0.5～1.2 m，塊石直徑約為0.2～1.0 m，流通區(qū)上游溝中有少量堆積物，主要為砂礫和卵石，殘留有少量的大塊石，直徑一般為0.2～2.5 m，局部溝底見(jiàn)基巖裸露。

1.3 堆積區(qū)

堆積區(qū)主要分布在泥石流溝口以下，整體呈不規(guī)則“喇叭”狀，地形開(kāi)闊平坦，坡度為3～10°，面積為7 917.17 m2。堆積區(qū)域在泥石流發(fā)生前已修建建筑物，路面已硬化。泥石流沖來(lái)的泥沙和塊石在堆積區(qū)域堆積厚度不大，約為0.2～1.6 m，堆積物主要為泥沙，含少量塊石。

2 泥石流成因分析

1)地形地貌因素

地形地貌是泥石流暴發(fā)的必要條件。廣州某學(xué)院泥石流流域呈不規(guī)則狀，流域面積達(dá)248 553.26 m3，三面環(huán)山，山坡坡度變幅較大，具備匯水條件，主溝長(zhǎng)度850 m，平均坡降19.3‰，流域相對(duì)高差215.4 m，具備水動(dòng)力條件。由此可見(jiàn)，上述地形條件為泥石流的形成提供能量、產(chǎn)生固體物質(zhì)、并且提供形成運(yùn)動(dòng)(搬運(yùn))和堆積場(chǎng)所。

2)物源因素

泥石流發(fā)生過(guò)程中攜帶大量泥沙，是其發(fā)生的重要條件。通過(guò)走訪調(diào)查，廣州某學(xué)院泥石流固體松散物質(zhì)來(lái)源主要有4條途徑:崩塌作用;坡面及沖溝底部雨水的侵蝕作用;溝床底部原有物質(zhì)的堆積;人類(lèi)強(qiáng)烈活動(dòng)作用產(chǎn)生的堆積物。經(jīng)過(guò)估算，上述4種途徑可提供含有碎石粘性土、砂礫等松散物質(zhì)的36.20 ×104m3，年可移動(dòng)量為 3 878.80 m3，其中崩塌類(lèi)、坡面及沖溝侵蝕類(lèi)、溝床堆積類(lèi)、人類(lèi)活動(dòng)堆積類(lèi)分別占總量的 10.95%、16.76%、10.29%、62.00%。因此，廣州某學(xué)院泥石流流域存在大量的松散堆積物，具備充足的物源條件，為泥石流的暴發(fā)提供有利條件。

3)水文因素

泥石流的發(fā)生必須具備強(qiáng)大的水動(dòng)力條件。廣州某學(xué)院泥石流流域常年光照強(qiáng)烈，雨水充沛，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)［9］。在泥石流地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)前，廣州市遭受暴雨襲擊，大部分地區(qū)12 h降雨量超過(guò)100 mm，最大降雨量達(dá)到137.7 mm，強(qiáng)降雨為泥石流的暴發(fā)提供了充分的水源和動(dòng)力條件。

綜上所述，廣州某學(xué)院泥石流溝的形成，首先是多年前的露天開(kāi)采建筑石活動(dòng)，破壞了流域內(nèi)的自然平衡，形成了廢土廢石堆存于岸坡及河谷中，開(kāi)采活動(dòng)增強(qiáng)了人類(lèi)活動(dòng)，坡面侵蝕、細(xì)溝侵蝕造成的水土流失強(qiáng)度和范圍急劇擴(kuò)展，泥沙隨著暫時(shí)性水流攜帶并能迅速匯積于主溝中，為暴發(fā)的泥石流活動(dòng)提供了水動(dòng)力條件和物源條件，同時(shí)汛期洪水流量大，水位增高，搬運(yùn)能力顯著增強(qiáng)，即搬運(yùn)走溝道攜帶來(lái)的物質(zhì)，又搬運(yùn)走溝道中的棄渣，由于溝道自然形成了較大的縱坡，在充沛水源條件時(shí)，泥石流災(zāi)害隨之發(fā)生。

3 泥石流計(jì)算

3.1 暴雨、清水洪峰流量計(jì)算

根據(jù)泥石流流域的多年水文地質(zhì)資料，設(shè)定區(qū)域內(nèi)最大日降雨量為H24=140 mm，設(shè)計(jì)變異系數(shù)Cv、Cs分別為0.43和1.505，點(diǎn)面降雨折減系數(shù)為1，設(shè)計(jì)頻率分別為 0.20，0.10，0.05，0.01。根據(jù)泥石流調(diào)查報(bào)告，泥石流匯流歷時(shí)5.74 h，流域面積為0.25 km2，主溝長(zhǎng)度為0.852 km，暴雨衰減系數(shù)、匯流參數(shù)和徑流系數(shù)分別為0.70，0.26，0.30?？紤]泥石流溝基流流量，相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同降雨頻率下通過(guò)H24反求日最大暴雨量

3.2 流速、流量、固體總量計(jì)算

參照配方試驗(yàn)結(jié)果和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果以及相關(guān)規(guī)范［10］，該泥石流為稀性泥石流，泥石流漿體密度為ρc=1.55 t/m3，泥石流固體物密度為 ρH=2.53 t/m3，阻力系數(shù)α=1.56，清水河槽糙率n-1=5.5，泥石流水力半徑Rm=0.5 m，泥石流流面縱坡坡比I=19.3‰，泥石流堵塞系數(shù)Dm=2.0，則泥石流平均流速vm=9.76 m/s。

對(duì)于泥石流流量，采用配方法和運(yùn)用東川經(jīng)驗(yàn)公式的雨洪修正法，得到的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 泥石流流量計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，泥石流災(zāi)害持續(xù)了1 h，根據(jù)泥石流的歷時(shí)時(shí)間、流量、固體松散物的密度和泥石流的密度，參照相關(guān)規(guī)范［10］，計(jì)算出泥石流溝遭遇100年一遇洪水過(guò)程中，通過(guò)斷面的一次泥石流總量為:Wm=0.26QmT=12 214.80 m3。

因此一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量為:

3.3 沖擊力計(jì)算

參照泥石流區(qū)的相關(guān)資料，廣州某學(xué)院泥石流主受力面形狀為矩形，其受力面形狀系數(shù)λ=1.33，受力面與泥石流沖擊力方向的夾角α=90°，動(dòng)能折減系數(shù) r=0.3，巨石的總質(zhì)量為 W=1 265.3 kg，巨石與材料的彈性變形系數(shù)c1與c2之和為0.005 m/kN，從而確定泥石流整體沖擊力和巨石集中沖擊力分別為:

4 泥石流防治措施

4.1 預(yù)防措施

1)開(kāi)展安全意識(shí)教育，樹(shù)立防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)。作為泥石流災(zāi)害直接受威脅的學(xué)校的安全，應(yīng)積極組織廣大師生員工參加地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，制定相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案和最佳的逃避線路圖，必要的時(shí)候開(kāi)展實(shí)戰(zhàn)演習(xí)活動(dòng)，提升廣大師生員工防災(zāi)減災(zāi)思想意識(shí)。

2)重視監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)，加大人工巡查力度。泥石流的暴發(fā)一般持續(xù)時(shí)間短，來(lái)勢(shì)兇猛，直接導(dǎo)致監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)工作存在一定難度。因此，制定全流域的物源條件巡查制度，進(jìn)行不同時(shí)期堆積物的堆積情況對(duì)比，為泥石流預(yù)警措施提供分析資料。

3)定期檢查攔擋設(shè)施，及時(shí)清除松散物源。建立專(zhuān)人檢查制度，檢查攔擋設(shè)施(攔渣壩、樁林、谷坊和導(dǎo)流堤等)的運(yùn)行情況和完好程度，出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的修復(fù)措施，對(duì)于攔擋設(shè)施上游的堆積物源及時(shí)予以清除，將泥石流災(zāi)害的物源物質(zhì)在源頭予以消除。

4.2 工程措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前某學(xué)院泥石流溝的5條支溝均有崩塌災(zāi)害的發(fā)生，且溝內(nèi)堆積一定量的松散堆積物，嚴(yán)重堵塞溝道，為泥石流提供了松散的物質(zhì)來(lái)源。同時(shí)泥石流流域主溝和支溝的溝底基巖裸露，岸坡的巖土體呈懸空狀態(tài)，根據(jù)因地制宜，節(jié)約開(kāi)支的原則，先在溝岸處、溝道處分別修筑擋土墻和修筑防沖檻、必要地方設(shè)置攔擋壩、消力檻等輔助設(shè)施，從而防止河道過(guò)度沖刷，避免補(bǔ)給的洪水下切溝床、將洪水搬運(yùn)松散堆積物的能力降低，并通過(guò)修筑排導(dǎo)渠，將泥石流排入下游溪溝。另外針對(duì)本次泥石流的特征，分別進(jìn)行了泥石流平均流速、一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量、泥石流沖擊力等指標(biāo)的定量計(jì)算，通過(guò)整合同地區(qū)同類(lèi)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照定性分析方法，擬采用溝道加固、攔擋、排導(dǎo)三者相結(jié)合的方式進(jìn)行防治，具體工程措施為:

1)主溝上游設(shè)置一道石谷坊，同時(shí)設(shè)置2道樁林，每道3排。樁體立面呈梯形，樁的高度為1.20 m，頂寬0.60 m，底寬1.08 m，采用1∶0.2 的坡率，樁間間距2.20 m，在必要的位置設(shè)置攔渣壩、沉渣池、導(dǎo)流壩等附屬構(gòu)筑物;

2)及時(shí)清除溝底及溝口周邊的松散堆積物，對(duì)無(wú)法清除的部位，及時(shí)采取加固防護(hù)措施;

3)主溝與支溝交匯巖性松散的地段設(shè)置片石護(hù)面墻，防護(hù)邊坡的同時(shí)起到防沖刷的作用。具體的工程措施平面布置如圖2所示。

圖2 工程措施平面布置圖

5 結(jié)語(yǔ)

1)泥石流的暴發(fā)必須具備3個(gè)條件，即充足豐富的松散物質(zhì)條件、典型的地形地貌條件和強(qiáng)度較強(qiáng)的水動(dòng)力條件。與之相對(duì)應(yīng)的形成3個(gè)區(qū)域，即物源區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)。

2)對(duì)于某學(xué)院泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，原因歸結(jié)于新地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致泥石流流域松散物質(zhì)大量堆積，在較強(qiáng)雨水等諸多因素的共同作用下，致使本次泥石流災(zāi)害的暴發(fā)，同時(shí)缺乏一定監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，導(dǎo)致?lián)p失較為慘重。

3)參照工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，積極開(kāi)展泥石流地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)工程，排查具有暴發(fā)條件的泥石流溝，必要情況下，采取工程措施將泥石流溝谷再次發(fā)生災(zāi)害的可能性降低至最小，從而保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

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