向靈芝+楊為民范瑋佳

摘要：地震擾動區(qū)內(nèi)的高山峽谷地區(qū)，斜坡易發(fā)生崩塌、滑坡，堆積在坡面或溝谷內(nèi)。雨水入滲導(dǎo)致堆積土體飽和度增加，強(qiáng)度衰減，繼而誘發(fā)泥石流啟動。都汶公路沿線和甘肅舟曲泥石流溝匯水區(qū)松散堆積體的物理力學(xué)特性試驗結(jié)果表明，兩組泥石流土體細(xì)粒含量少，均為寬級配不均勻粉土質(zhì)礫石土。當(dāng)舟曲泥石流堆積土含水率增至15%～18%時，都汶土含水率增至12%～15%時，土體黏聚力驟減，暗示土體強(qiáng)度喪失存在臨界含水率，這一特定含水率可作為泥石流啟動的臨界含水率。進(jìn)一步統(tǒng)計分析表明，泥石流發(fā)生前1 h的臨界降雨量與臨界含水率密切相關(guān)，利用二者的相關(guān)性擬合，可反推泥石流發(fā)生的臨界降雨量，為地震擾動區(qū)泥石流災(zāi)害的防治預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地震擾動區(qū)；泥石流；松散堆積體；工程特性；強(qiáng)度；臨界含水率

中圖分類號：P642.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

16721683（2016）06017607

Discussion on engineering characteristics of debris flow depositsand its initiating mechanism in typical earthquake disturbance area

XIANG Lingzhi1，YANG Weimin2 ，F(xiàn)AN Weijia1

（1.Key Laboratory of Hydraulic and Waterway Engineering of the Ministry of Education，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China；2.Institute of Geomechanics，Beijing 100081，China）

Abstract：In earthquake disturbance and alpinegorge area，instability slope with crushing rock is caused by active faults and frequent earthquakes.Particle migration in the deposits is caused by water infiltration，resulting in the change of saturation，density，thus weakening its strength，which subsequently induces occurrence of debris flow initiation.Debris flow gullies in two areas including Gansu Zhouqu county in the west Qinling mountains fault zone and Duwen highway in Longmen mountain fault zone were taken as an example，physical and mechanical properties tests of the loose accumulation body were carried out.Experimental results showed that the two groups of debris flow deposits were silty gravel soil with wide and nonuniform grading.Fine grain content in Zhouqu debris deposits was relatively high，its specific gravity，liquid limit，plastic limit，liquid index，and plasticity index were greater than those of soil sample of Duwen highway.When the moisture content of Zhouqu debris flow soil and Duwen highway slope soil increased to 15%～18% and 12%～15% respectively，the soil cohesion c reduced sharply.It hinted the existence of critical moisture content in soil strength decline process.The specific moisture content could be used as the critical water content of debris flow initiation.Further statistical analysis showed onehour critical rainfall before occurrence of debris flow and the critical moisture content was closely related.By fitting the linear relativity between them，the critical rainfall of debris flow could be deduced，which can provide technical support for the prevention and early warning of debris flow in earthquake disturbed area.

Key words：earthquake disturbance area；debris flow；loose deposit；Engineering characteristics；strength；critical moisture content

[JP2]地震擾動區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂活動性強(qiáng)，新構(gòu)造運動強(qiáng)烈，導(dǎo)致地表巖體裂隙發(fā)育，易風(fēng)化破碎，為泥石流活動提供了大量的物源。近年來，兩處典型的泥石流災(zāi)害—2008年Ms8.0級汶川地震區(qū)震后群發(fā)性泥石流和2010年8·8舟曲泥石流均位于地震擾動區(qū)。水不僅是泥石流的組成物質(zhì)，更是泥石流發(fā)生的重要觸發(fā)因素。不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同降雨量條件下，其泥石流源地堆積土體的侵蝕產(chǎn)沙以及對降雨響應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特點不同。強(qiáng)震后泥石流災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展規(guī)律研究無論是對災(zāi)區(qū)重建，還是泥石流學(xué)科的發(fā)展都很重要。針對斷裂活動區(qū)內(nèi)特別是強(qiáng)震后泥石流的研究，眾多學(xué)者開展了大量的研究工作。2008年汶川地震后，嚴(yán)重的災(zāi)情迫使許多研究者對震后泥石流的形成條件、活動特征等進(jìn)行了深入的調(diào)查和分析[16]，其中崔鵬等學(xué)者認(rèn)為震后泥石流啟動的臨界雨量明顯降低[6]，泥石流形成將由降雨控制型逐步轉(zhuǎn)為松散土體控制型，第一個泥石流活躍期可能會持續(xù)15 年左右；陳源井等也得出了相似的結(jié)論[8]，認(rèn)為小崗劍溝2010 年暴發(fā)泥石流的臨界雨量約為地震前的21%，2011 年暴發(fā)泥石流的臨界雨量約為地震前的23%，震后臨界雨量大幅度下降。楊成林等根據(jù)汶川地震次生泥石流形成的地形地貌、降水和土源條件特征，認(rèn)為低密度干燥度較高的土體在降雨作用下易濕陷，體積收縮，有利于土體孔隙水壓力的升高和土體強(qiáng)度的降低，從而導(dǎo)致泥石流的啟動[7]。2010年8月8日舟曲泥石流發(fā)生后，許多研究者相繼對該區(qū)泥石流的形成條件、活動特點、防治工程等進(jìn)行了評估[9]。張之賢等認(rèn)為該地區(qū)前期干旱，突遇超歷史極值的強(qiáng)降雨是此次災(zāi)害的主要原因，確定在不同地形和地質(zhì)地貌背景下的泥石流降水量閾值對泥石流災(zāi)害發(fā)生的預(yù)報有著十分重要的意義[10]。因此，本文以兩個典型泥石流災(zāi)害頻發(fā)區(qū)—都江堰汶川公路沿線和甘肅舟曲作為研究區(qū)，開展了區(qū)內(nèi)泥石流流域內(nèi)土體的結(jié)構(gòu)特性的相關(guān)測試，并分析泥石流土體在不同含水率條件下強(qiáng)度參數(shù)的變化特征，以期探討地震擾動區(qū)土體破壞形成泥石流的降雨量臨界閾值。

1研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

1.1都汶公路沿線

都汶公路南起都江堰，北到汶川縣城威州鎮(zhèn)，地處青藏高原東部邊緣岷江上游高山河谷區(qū)，區(qū)內(nèi)山高坡陡，河流深切，地表起伏巨大，相對高差達(dá)3 000 m以上。公路沿線地層除奧陶系、志留系大部缺失外，其它時代地層出露較齊全。巖性主要是花崗巖等巖漿巖和片麻巖、千枚巖、炭質(zhì)板巖等變質(zhì)巖。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動活躍，斷裂構(gòu)造發(fā)育，龍門山中央斷裂-映秀北川斷裂穿越該區(qū)，斷裂現(xiàn)今活動性強(qiáng)，龍門山前山斷裂和后山斷裂活動對該區(qū)亦有較大影響。龍門山斷裂帶自公元1169年以來，共發(fā)生破壞性地震25次，其中里氏6級以上地震20次。2008年大地震前最近一次大地震為1933年8月25日的茂縣北部疊溪地震，震級75級。2013年4月20日8時02分，該斷裂再次活動，在四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級地震，震源深度13 km。

“5·12”汶川地震后，地處極震區(qū)的都汶公路沿線，崩塌、滑坡、滾石及不穩(wěn)定斜坡廣布，溝谷和山坡上形成大量的固體松散物質(zhì)，為泥石流的發(fā)育提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，沿線溝谷絕大多數(shù)具備了暴發(fā)泥石流的可能。根據(jù)震后多次調(diào)查，公路沿線多次因暴雨泥石流的破壞造成交通中斷。

1.2舟曲地區(qū)

舟曲縣位于西秦嶺構(gòu)造帶西延部分，地層巖性為中泥盆統(tǒng)古道嶺組上段炭質(zhì)板巖、千枚巖夾薄層灰?guī)r和砂巖，下二疊統(tǒng)上段中厚層灰?guī)r，上二疊統(tǒng)中厚層含硅質(zhì)條帶灰?guī)r。受印支、燕山和喜瑪拉雅山等多期造山運動的影響，境內(nèi)褶皺強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，光蓋山-迭山斷裂帶經(jīng)兩條泥石流流域通過。光蓋山-迭山斷裂帶及影響帶寬度大，斷裂近時期活動性較強(qiáng)，巖體裂隙發(fā)育，十分破碎。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動十分活躍，表現(xiàn)為山地強(qiáng)烈隆升、溝谷深切，形成高山峽谷地貌。 2010 年8 月7 日晚，舟曲三眼峪和羅家峪溝同時發(fā)生特大泥石流災(zāi)害。兩條泥石流溝流域內(nèi)支溝發(fā)育，水系平面上均呈“樹枝”狀；三眼峪溝溝內(nèi)有常流水，而羅家峪溝溝內(nèi)無常流水。由于溝谷強(qiáng)烈侵蝕下切，橫斷面呈“V”字型或窄深的“U”字型。舟曲地區(qū)屬地震強(qiáng)烈擾動區(qū)，多次古地震在溝內(nèi)形成了體積巨大的堆石壩，是此次泥石流主要物源?！?·12”汶川地震時舟曲縣處于6 度烈度地區(qū)，地震擾動致使三眼峪溝和羅家峪溝流域內(nèi)的岸坡巖體松動，坡體穩(wěn)定性降低。

2松散堆積體工程特性

2.1堆積土體物理性質(zhì)

[JP2]室內(nèi)對兩個研究區(qū)的堆積土樣開展了顆分、含水率、液塑限、比重等測試。試驗土樣取自2008年汶川震后地震災(zāi)區(qū)典型的泥石流溝谷源區(qū)崩滑堆積松散土體和舟曲羅家峪溝泥石流匯水區(qū)內(nèi)堆積體，都汶（以下簡稱DW）公路土體取于老虎嘴大滑坡附近的坡面泥石流災(zāi)害點，粗粒部分都汶公路沿線主要為花崗巖風(fēng)化形成，舟曲（以下簡稱ZQ）羅家峪堆積體主要為沉積巖灰?guī)r巖粉、巖屑、角礫，黏粒含量較少。

（1） 堆積體顆粒組成。

[JP2]顆粒級配分析結(jié)果見圖1。兩組土樣中顆粒成分中礫粒含量較高，粗粒組（d≥0075 mm） 土顆粒的含量大于50%，可歸為粗粒類土；其中粗粒土中大部分礫石含量≥50%，且細(xì)粒土中粉粒含量≥50%，屬于寬級配粉土質(zhì)礫石土。依據(jù)圖1計算土體的不均勻系數(shù)cu和cc，其中DW土樣cu為13333 ，cc為533；ZQ土樣cu為4667，cc為095。可見，兩組土樣均屬于級配不良土體，粗粒土體含量明顯高于細(xì)粒含量。比較兩組堆積土體，都汶土體中黏粒（<0005 mm）含量為074%，舟曲土體中黏粒含量為445%，舟曲土體黏粒含量高于都汶土體。

（2） 堆積土體的物理性質(zhì)。

[JP2]兩組泥石流土體的比重、液塑限、液性指數(shù)、塑性指數(shù)等物性指標(biāo)的測試結(jié)果見表1。由表1可知，ZQ土樣比重較大，其液塑限、塑性指數(shù)均大于DW土樣。一般，花崗巖抗風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化速度較慢，但由于花崗巖節(jié)理裂隙發(fā)育，易發(fā)生崩解作用，加上水的廣泛滲入，可形成深厚的風(fēng)化帶，且黏粒含量較高。但都汶公路地處龍門山中央斷裂帶影響區(qū)，2008年汶川地震釋放的巨大能量使多個山體迅速崩解成巖塊，新堆積的碎裂巖塊尚未風(fēng)化，因此該區(qū)域松散土體中的黏粒含量較一般花崗巖地區(qū)偏少。

[JP2]舟曲地區(qū)巖性多為石灰?guī)r，主要由碳酸鹽礦物組成，風(fēng)化時主要是與水和二氧化碳作用產(chǎn)生的溶解和溶蝕，在干旱少雨的地區(qū)一般風(fēng)化殼較薄，黏粒含量較低。但舟曲地區(qū)由于受多次歷史地震運動的影響，多期次的泥石流堆積體堆積在溝道中，經(jīng)過長時間的風(fēng)化淋濾，松散土體黏粒含量較一般石灰?guī)r地區(qū)風(fēng)化殼偏高。另外，該地區(qū)地層中尚有板巖、炭質(zhì)板巖、千枚巖等變質(zhì)巖。因此，ZQ土樣細(xì)顆粒成分較高，土樣粘粒（d≤0005 mm） 土顆粒的含量為404%；而以花崗巖風(fēng)化碎屑為主的都汶土樣黏粒含量僅為074%。所以，從兩種堆積土體基本物理力學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果可初步推測，舟曲地區(qū)堆積土體啟動形成泥石流的含水率應(yīng)高于都汶公路沿線堆積土體。

2.2堆積土體強(qiáng)度特性

[JP3]為研究土體變形破壞時的界限含水率，采用常規(guī)直剪儀開展不同含水率條件下土體的不固結(jié)快剪試驗，分別測試其在不同含水率下強(qiáng)度指標(biāo)的變化趨勢。

試驗土樣采用粒徑≤2 mm的泥石流源地土體，按其天然密度制作不同含水率的重塑土樣，土樣采用分層擊實，以保證土樣與剪切盒間隙充分填充，試驗過程中土樣受力均勻。

（1） DW土樣不同含水率的抗剪強(qiáng)度。

都汶公路沿線松散堆積土按干密度2.0 g/cm3分別配置含水率為7%，12%，15%，18%的重塑土樣，進(jìn)行土樣不排水剪切試驗，試驗結(jié)果見圖2、圖3及表2。

由圖2可知，正應(yīng)力σ與剪應(yīng)力τ呈線性正相關(guān)關(guān)系，施加給土樣的σ越大，其發(fā)揮的τ也越大。

圖3顯示了土的黏聚力與含水率關(guān)系，當(dāng)含水率由7%增加到12%時，黏聚力c增加；含水率增至15%時，c值急劇減小。一般，隨著含水率的增加，土體黏聚力應(yīng)該逐漸減小，直到完全喪失強(qiáng)度。其根本原因在于水在較粗顆粒之間起潤滑作用，使粒間摩阻力降低；另一方面黏土顆粒表面結(jié)合水膜增厚使原始黏聚力減小。但在此試驗初始階段，當(dāng)含水率由7%增至12%時，黏聚力反而由15.14 kPa增加至34.67 kPa，這可能是由于其土體級配、巖性因素引起。該土樣屬于不均勻?qū)捈壟浞弁临|(zhì)礫石土，黏粒含量少，接近砂土的性質(zhì)。干燥的砂土顆粒間無黏聚力，但當(dāng)砂性土在較低含水率條件下會表現(xiàn)出假凝聚力，假凝聚力是由于土顆粒接觸面上一些水的毛細(xì)壓力所形成。當(dāng)松散土體完全干燥或完全飽和時，毛細(xì)壓力消失。因此，當(dāng)試樣含水率由12%增加到15%時，c值變化非常明顯，黏聚力從3467 kPa急劇下降至291 kPa。暗示了都汶泥石流源地土體在降雨作用下失穩(wěn)的界限含水率可能就在12%和15%之間。因此可以判定DW堆積土體遭遇降雨時，當(dāng)雨水入滲土體至此含水率區(qū)間，土體強(qiáng)度快速降低，在合適的地形坡度、水動力條件下易失穩(wěn)啟動形成泥石流。

與c值不同，含水率從7%增加到15%的過程中，內(nèi)摩擦角φ在26°～27°之間波動，含水率增加至18%時，φ下降至2015°?？傮w來說，試樣內(nèi)摩擦角φ隨含水率變化無明顯下降趨勢，變化不大，呈波動趨勢，表現(xiàn)出接近砂性土的特性。因此，含水率的變化對都汶堆積土體的φ影響不大；再者，在試驗過程中，土樣為重復(fù)試驗，制作的試樣土粒不均勻，對測得的φ值也有一定影響，但主要原因還是試樣黏粒很少。可見在降雨作用下，松散土體顆粒之間黏聚力決定坡面泥石流土體的強(qiáng)度，當(dāng)遭遇強(qiáng)降雨作用時，極易爆發(fā)泥石流災(zāi)害。

（2） ZQ土樣不同含水率的抗剪強(qiáng)度。

ZQ土樣按干密度1.9 g/cm3分別配置含水率為7%，12%，15%，18%，21%的重塑土樣，進(jìn)行土樣不排水剪切試驗，試驗結(jié)果見圖4、圖5及表3。

試驗結(jié)果表明，ZQ土樣σ與τ呈線性正相關(guān)關(guān)系（圖5），且ZQ土體各含水率條件下c值變化與DW土樣具有相似的規(guī)律。當(dāng)土樣含水率由7%增至12%時，受土粒間毛細(xì)壓力的影響，黏聚力c增高；當(dāng)含水率由15%增加到18%時，黏聚力從2689 kPa急劇下降至841kPa。據(jù)此可以判定ZQ土體在此含水率區(qū)間，強(qiáng)度易快速降低。說明舟曲泥石流源地土體在降雨作用下失穩(wěn)的界限含水率可能就在15%和18%之間。

與DW土樣類似，ZQ土樣各試樣內(nèi)摩擦角φ隨含水率變化無明顯趨勢，變化不大，呈波動趨勢，主要原因是該松散土體主要由石灰?guī)r巖粉、巖屑、角礫等組成，黏粒含量較少。

3泥石流啟動機(jī)制

3.1地震擾動區(qū)降雨誘發(fā)泥石流機(jī)制

眾多學(xué)者對降雨誘發(fā)泥石流的啟動機(jī)制進(jìn)行了大量深入的研究。崔鵬等[11]通過大量水槽實驗對泥石流起動機(jī)理進(jìn)行了詳盡的研究，闡述了泥石流起動的加速機(jī)理，分離機(jī)理，和連接機(jī)理，強(qiáng)調(diào)了水分飽和度、細(xì)顆粒、坡度三者在泥石流形成過程中的重要作用。日本學(xué)者高橋堡將泥石流啟動的原因歸納為水流影響溝床堆積體強(qiáng)度、坡面崩塌滑坡土體與水作用演化為泥石流以及崩滑體堵塞溝道受上游匯水影響形成泥石流三種情況[12]。汶川地震區(qū)震后泥石流研究結(jié)果表明，震后流域下墊面條件巨變以后，流域的土體入滲條件、坡面徑流條件、流域匯流條件和溝道洪水過程的變化，形成有利于起動、匯流和規(guī)模發(fā)展的水文條件[4]。

對地震擾動區(qū)而言，地震、斷裂活動使得震區(qū)松散堆積巖土體方量大大增加，且堆積體結(jié)構(gòu)松散，孔隙率大，力學(xué)強(qiáng)度低，多處于失穩(wěn)的臨界狀態(tài)。地震擾動區(qū)坡面上或溝道里的松散巖土體，受短時間強(qiáng)降雨的作用后，其強(qiáng)度喪失進(jìn)而形成泥石流的機(jī)制主要體現(xiàn)在兩個方面。首先，大量雨水迅速入滲并不能及時排出，導(dǎo)致巖土體中孔隙水壓力迅速升高，土體抗剪強(qiáng)度降低，并增大土體的自重力。土體局部出現(xiàn)剪切破壞，出現(xiàn)張裂隙和剪切裂隙，并使土體中原有的裂隙、孔隙等擴(kuò)大。隨著孔隙水壓的進(jìn)一步增大，巖土體有效應(yīng)力逐漸減小，剪切破壞區(qū)擴(kuò)展連通形成剪切面，沿剪切面發(fā)生滲流產(chǎn)生滲透力，進(jìn)一步促進(jìn)土體強(qiáng)度弱化。當(dāng)有效應(yīng)力降低為零時，局部地段松散土體呈懸浮狀態(tài)。當(dāng)剪切面上的剪切力大于抵抗力時，斜坡巖土體啟動下滑，下滑的土體碰撞、剝離解體，下瀉造漿形成泥石流[13]。另一方面，若松散土體覆蓋于堅硬基巖上，由于土體松散，下伏基巖堅硬完整，松散巖土體與基巖之間接觸面為力學(xué)性質(zhì)差異明顯的界面，由暴雨產(chǎn)生的強(qiáng)烈坡面水流沿此接觸面發(fā)生滲流，產(chǎn)生一個向下的滲透力，這大大增加松散巖土體的下滑力，從而在合適的坡度下啟動形成泥石流。另外，松散巖土體在坡腳溝道大量堵塞，影響溝道的過流能力和徑流過程，一旦堵塞體潰決，直接沖擊下游堵塞壩，逐級破壞，其級聯(lián)效應(yīng)使得物質(zhì)和能量不斷累積，形成大規(guī)模泥石流。

[JP2]3.2臨界雨量與松散土體臨界含水率的關(guān)系

對于泥石流發(fā)生時激發(fā)雨量的研究是近年來泥石流災(zāi)害預(yù)警研究的一個熱點。 眾多學(xué)者通過前期降雨或當(dāng)時降雨的有效降雨指標(biāo)與泥石流發(fā)生關(guān)系的試驗和統(tǒng)計，建立了一系列基于雨量和雨強(qiáng)的泥石流預(yù)測預(yù)報模型[1415]。近年來，對震后泥石流啟動的臨界雨量研究也取得了豐富的成果，特別是臨界雨量降低程度的定量化分析方面[1617]。胡凱衡等采用逐步回歸分析方法，建立了臨界土體含水量與土體滲透系數(shù)、孔隙度和顆粒曲率系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)系，進(jìn)而提出一種基于臨界土體含水量和實時降雨的泥石流預(yù)警方法[18]。一般認(rèn)為，由于受到地表徑流轉(zhuǎn)化、土壤入滲、水分蒸發(fā)、植物吸收等諸多因素的影響，前期降雨對泥石流發(fā)生影響存在一個衰減問題，距泥石流發(fā)生時間越久的降雨，對泥石流發(fā)生的影響越小。據(jù)相關(guān)研究，我國西南地區(qū)泥石流在發(fā)生過程中，前期降雨的貢獻(xiàn)一般小于當(dāng)時雨量的貢獻(xiàn)[19]。

研究結(jié)果表明，泥石流啟動與災(zāi)害發(fā)生前1 h降雨量密切相關(guān)。郭小軍[20]等根據(jù)都汶公路南段2008年-2011 年間的22次泥石流事件及其對應(yīng)的降雨過程，確定該區(qū)域平均1 h激發(fā)雨強(qiáng)為 14.8 mm/h。相關(guān)研究表明舟曲地區(qū)溝谷型的泥石流1 h臨界雨量僅為12 mm[21]。而根據(jù)本次試驗結(jié)果，兩組土樣黏聚力急劇降低的含水率界限分別為12%～15%和15%～18%，為了便于統(tǒng)計分析，取含水率區(qū)間的低值作為土體失穩(wěn)的含水率值，即都汶公路土樣臨界含水率取12%，舟曲土樣取15%。

另外一些研究者也提出了相似的認(rèn)識。如四川省德陽市綿竹縣清平鄉(xiāng)文家溝在2011年8月13日泥石流的1 h 激發(fā)降雨量約為70.6 mm[8]，文家溝泥石流土體的試驗分析結(jié)果建議將土體含水率15%～18%作為土體界限含水率的參考[22]。陜西寧陜地區(qū)坡面泥石流的研究表明當(dāng)土體含水率超過28%～30%，黏聚力、內(nèi)摩擦角與含水率關(guān)系曲線都出現(xiàn)了明顯的拐點[23]。而據(jù)全國各地平均降雨量分區(qū)的限界值[24]，四川西部1 h 臨界降雨量為15 mm，陜西南部泥石流1 h 降雨量約為20 mm。而汶川地震后，北川縣泥石流臨界小時雨強(qiáng)降低了254% ～316%[25]。因此綿竹清平區(qū)域1 h 臨界降雨量取15 mm減少25.4%即11.2 mm。另外，云南東川蔣家溝的泥石流礫石土體內(nèi)摩擦角φ值在含水率達(dá)到7.07%時具有臨界特征，當(dāng)含水率w由 5.35%增加到 7.07%時，φ值略有上升，而后φ值隨含水率增加而減小[26]。根據(jù)云南小江流域蔣家溝的降雨資料與29次泥石流過程的對應(yīng)關(guān)系[27]，取泥石流1 h 激發(fā)降雨量約為6 mm。

綜合以往的研究成果，以上述五個區(qū)域?qū)嶋H發(fā)生泥石流災(zāi)害的1 h降雨強(qiáng)度和土體含水率進(jìn)行統(tǒng)計（表4），結(jié)合都汶和舟曲松散土體c值急劇降低的含水率試驗結(jié)果，對表4進(jìn)行相關(guān)分析，得到臨界含水率和臨界降雨量的經(jīng)驗公式（式（1））如下：

y=0.0223x3-1.1192x2-16.912x-65.503[JY]（1）

式中：x為松散土體黏聚力c急劇降低的界限含水率（%）；y為泥石流暴發(fā)1 h臨界雨強(qiáng)（mm）。

實際開展泥石流災(zāi)害防治時，可依據(jù)式（1）對斷裂帶其他影響地區(qū)松散土體進(jìn)行取樣分析，得出其黏聚力急劇降低的含水率后，進(jìn)一步推求其泥石流啟動的1 h臨界雨量，為相關(guān)區(qū)域的泥石流預(yù)警預(yù)報提供依據(jù)。

4結(jié)論與討論

（1）本研究選取的兩處地震擾動區(qū)泥石流堆積土體為級配不均粉土質(zhì)礫石土，黏質(zhì)含量低。舟曲土樣因其母巖為石灰?guī)r、千枚巖、板巖，較都汶公路沿線花崗巖風(fēng)化程度更深，導(dǎo)致其松散堆積體重細(xì)粒含量相對較高，因而其比重、液塑限、液性指數(shù)、塑性指數(shù)均較大。

（2）泥石流源地土體由于其細(xì)顆粒含量少，導(dǎo)致土體在低含水率時，受土顆粒間毛細(xì)壓力的影響，黏聚力c值先隨含水率增加而增加，隨后在一定含水率區(qū)間c值急劇減小。都汶公路沿線坡積土在12%～15%含水率區(qū)間急劇降低，舟曲泥石流堆積土在15%～18%含水率區(qū)間降幅最大。暗示了當(dāng)堆積土體含水率達(dá)到一定值（臨界值）時土體強(qiáng)度喪失，堆積土體會啟動形成泥石流。因此泥石流災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警過程中應(yīng)密切關(guān)注土體含水率變化，以便及時采取相應(yīng)措施，避免泥石流災(zāi)害。

（3）統(tǒng)計結(jié)果表明，泥石流發(fā)生前1 h的臨界雨量與坡面土體強(qiáng)度聚降的臨界含水率之間存在密切相關(guān)性。因此，對泥石流易發(fā)地區(qū)或特定泥石流溝坡面土體強(qiáng)度與含水率關(guān)系的研究，可為泥石流災(zāi)害預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

（4）采用快剪試驗得到兩種堆積土體的強(qiáng)度參數(shù)，進(jìn)一步可采用三軸試驗進(jìn)行結(jié)果對比，以提高其測試精度。

（5）文中擬合的泥石流啟動前1 h雨強(qiáng)經(jīng)驗公式的數(shù)據(jù)樣本只有5個地區(qū)，公式尚需進(jìn)一步修正。都汶公路沿線土體僅選用坡積土為實驗樣本，可繼續(xù)選用溝谷泥石流的源地土地進(jìn)行對比分析。因此，開展不同地區(qū)泥石流堆積土體強(qiáng)度與含水率的研究，以提高經(jīng)驗公式的樣本數(shù)和精度是很有必要的。

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