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《成都理工大学》 2012年
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地震对泥石流暴发的临界降雨条件影响的初步研究

吴雨夫  
【摘要】:在山地地区,强地震的发生会使震区内山体松动、垮塌,形成大量山崩、滑坡、塌方等一系列地质灾害,这些地质灾害不仅直接给人民生产生活带来危害,还通过对山区泥石流形成条件的改变,形成新的泥石流沟,加剧老泥石流沟的活动,进而发生更加危险的泥石流灾害。 震区泥石流的形成条件变化包括,流域内固体松散物质增多,其中沟道内停留的崩塌滑坡碎屑物明显增多,山体稳定性减弱,地表植被条件变差。这些因素的改变直接导致了泥石流暴发所需降雨条件的降低,如台湾集集地震区的陈有兰流域,泥石流暴发的临界雨量相对于震前降低了2/3;汶川地震后北川县泥石流暴发的前期累积雨量降低约14.8%-22.1%,小时雨强降低了约25.4%-31.6%。 本文采用地震后泥石流发生的临界降雨量与震前相比较的方法,突出了泥石流形成条件中的降雨条件,消除了形成条件中的地质因素、地形因素的影响。然后在分析了泥石流发生的临界雨量模式的基础上,确定了临界日降雨量(Id)和临界降雨I-P模式(降雨强度—前期累积降雨量模式)为研究对象,再通过分析汶川地震区、松潘平武地震区和台湾集集地震区泥石流发生的临界降雨量变化的时空特征,即研究了泥石流临界雨量地震前后变化与地震动峰值加速度的关系和震后泥石流临界雨量变化与时间的关系,最后得到了以下结论: (1)地震区泥石流启动方式主要以沟床启动、浅层滑坡启动和堰塞体溃决启动形式为主。相对于地震前的状态,震后沟床固体松散物质性质的变化、浅层滑坡表层架构的改变以及地表植被的破坏等因素影响,使得震后泥石流启动更容易,其临界降雨量也更低。 (2)从泥石流的启动机理分析中可知, I—P临界雨量模式能很好的反映泥石流发生的临界启动状况,日降雨量(Id)也可以较好的作为判别泥石流发生的临界雨量参数。I—P模式的临界雨量线表达式为I=KP+R,式中系数K值随区域的变动较小,分布在0.073—0.123之间,其中对于I_(60)—P模式来说,K值的平均数为0.084。 (3)在汶川地震区,泥石流发生的临界日降雨量变化参数n与地震动峰值加速(PGA)的相对值关系呈幂函数形式:n=0.092G~(-1.5),G=PGA/g,n≤1。在地震动峰值加速度0.2-0.3g范围内,地震对泥石流的临界雨量影响较低,震后泥石流发生的日临界雨量只是降低到原来的80%左右。在0.3-0.4g范围内,地震对泥石流的临界雨量影响迅速增大,震后泥石流的临界日降雨量与震前的比值从60%降到35%。在0.4-0.6g范围内,震后泥石流的临界日降雨量与震前的比值从35%降到20%。大于0.6g范围内,震后泥石流的临界日降雨量是原来的10-20%左右,且越往后,n值变化不大,表明当地震动峰值加速度到达一定值后,地震对泥石流的临界雨量的影响到了极至。 (4)在1976年平武松潘地震区,PGA在大于200gal的区域,震后泥石流发生的临界雨量变化可分为3个阶段,前期缓慢回升阶段;中期大幅恢复阶段;后期逐渐趋近震前状态。且不同的PGA区域,临界雨量随时间变化的特征也不一样。缓慢回升阶段由于震区流域的物源量处于一种平衡状态,即一方面新增滑坡增加物源,另一方面发生泥石流冲走物源,使得泥石流的临界雨量恢复缓慢;大幅恢复阶段由于没有新增物源,浅层土体的强度逐步恢复,以及地表植被的逐渐恢复,使得中期恢复较快;后期由于地震的影响逐步被消除,泥石流的临界雨量也就逐渐趋近震前状态。 (5)不仅在汶川地震区,在其他地震区,各临界雨量参数的震前震后变化也是随着地震动峰值加速度的增大而增大。汶川地震区泥石流的临界日降雨量、松潘平武地震区临界日降雨量和台湾集集地震区临界雨量线特征值R的变化趋势较一致,总体趋势呈幂函数形式。其中台湾集集地震区临界雨量线特征值R变化趋势比临界日降雨量的要更缓。 (6)总体上,地震对泥石流发生的临界雨量的影响体现出空间上、时间上的差异。在空间上,地震的发生导致不同区域的泥石流发生的临界雨量在瞬间得到不同程度降低,降低程度与PGA相关。在时间上,泥石流发生的临界降雨量在突然受到地震影响瞬间降低后,这种地震造成的影响会随着时间的推移而逐渐分阶段消失。最后通过分析,得到震后泥石流临界雨量的时空变化特征的分段函数:震后的第一阶段,当1≤t≤t_1时,n=0.019(t-1)+0.092G~(-1.5);震后的第二阶段,当t_1≤t时,n=0.035t+0.092G~(-1.5)-0.016t_1-0.019;推测震后第三阶段,t_2≤t≤t,n=0.016(t-t_1)+0.019(t_2-1)+0.092G~(-1.5)。式中,t为震后时间;G为PGA相对值;t_1为震后泥石流第一阶段的持续时间;t_2为第一、二阶段持续时间之和。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P642.23

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈龙;汶川地震区泥石流监测预警方法研究[D];成都理工大学;2013年
【参考文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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6 本报记者 罗会江 本报特约记者 金光;攻克世界难题[N];中国国土资源报;2011年
7 本报记者 刘维;用责任为大地疗伤[N];中国国土资源报;2010年
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10 贾世涛;拦沙坝对泥石流调控机制的试验研究[D];西南交通大学;2011年
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