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震后强震区洪水启动沟道堆积物引发泥石流灾害研究

张惠惠  
【摘要】:泥石流大致有暴雨型泥石流、冰川型泥石流、地震泥石流和人为泥石流等类型。地震泥石流在我国受到重视是在上世纪70年代。70年代我国进入地震活跃期,泥石流也相当活跃。2008年5月12日,四川省汶川县发生8级强烈地震,地震诱发了多处泥石流灾害,特别是2008年9月24日四川省北川县城附近的魏家沟暴发泥石流,以及而后的2009年7月17日的泥石流灾害和2010年8月13日特大泥石流灾害,都对灾区人民的生产生活造成了很大的影响。地震后使得泥石流的发生条件发生了巨大的变化,从固体松散物源条件,微地貌条件,水源条件等都发生了巨大的变化。 根据野外调查发现,在汶川强震区所选定的研究区内多为硬质岩,并且滑坡崩塌量较多。泥石流形成的方式主要是由两种形式:一种是堵溃式,即地震形成的滑坡或崩塌物质,阻塞沟道,形成堰塞湖,后在一定的降雨条件下,溃决形成泥石流;一种即是沟道启动形式,沟道内堆积了大量的固体物质,但未形成堰塞湖,在一定的降雨激发下,形成大规模泥石流灾害,即“消防水管效应”。本文研究的后者即是沟道启动形式。 本论文通过对四川省都江堰虹口小沟泥石流沟流域进行了详细的野外考察以及数据采集,研究后发型地震泥石流的形成区沟道内的堆积区物源及沟道特征。通过室内实验从而深入研究震后强震区洪水启动沟道内堆积物形成泥石流的启动机理。从而得到以下结论: (1)地震后强震区沟道特点如下:地形条件发生了很大的变化,泥石流沟道流域内的条件也发生了,特别是物源条件,沟床条件及水源条件。地震的作用使流域内产生了大量的崩塌滑坡崩塌体,大大的增加了流域内的松散物质储量,此外,流域内还存在大量潜在的滑坡体,在日后一定的作用条件下还容易再次活动,进入沟道,阻塞沟道;沟床内也堆积了大量的松散物质,有些滑坡崩塌直接阻塞沟道,使沟床条件发生了大的变化;而由于物源和沟床条件的变化,震前相当的降雨量在震后更加容易引发大规模的泥石流灾害。震后这种泥石流沟泥石流的暴发具有一定隐蔽性,对人们的生产生活造成的影响更大。 (2)通过野外调查分析发现,震后强震区泥石流沟道内的松散堆积物量比较大,且具有一定的特点,粗化层颗粒都比较均匀,不均匀系数Cu值小于3,且磨圆度比较差,具有棱角,这种颗粒在力学上分析更加容易启动。 (3)从实验中可以得出,在同一坡度下,在泥石流形成时所需要的平均流速和单宽流量都是随着中值粒径d50的增加而增加的;而在同一级配下,即d50一致时,泥石流形成时所需要的平均流速和单宽流量都是随着坡度的增加而减小的,这两条结论在野外也是适用的。不均匀系数Cu值对临界启动条件也有影响,级配一(d50=15mm,Cu=26)与级配二(d50=25mm,Cu=4.11)粒径差距较大,但是启动公式的系数F一致,主要是因为不均匀系数的影响。 (4)在与前人公式(何文社公式)验证的过程中,实验数据趋势与何文社公式趋势的一致性证明了实验的正确定与可行性,其结果差距也显示了何文社公式在泥石流形成临界条件应用中的局限性;这主要是因为:①实验中的颗粒粒径(由中值粒径表示)与何文社公式推导中所运用的中值粒径有着很大的区别,实验的中值粒径要大得多。②不均匀系数也是一个限制条件,实验中即有均匀沙又有不均匀沙,与何文社均匀沙和非均匀沙分别相比较,Cu值还是有着比较大的区别,何文社公式中所应用的都是天然沙,而通过分析结果证明,天然均匀沙的均匀系数在3以下,天然非均匀沙的不均匀系数在6以上,不均匀系数对实验结果的不能忽略,故应该在公式中引入d50和Cu值得影响。 (5)经过分析得到如下形成泥石流的临界启动的流速公式,引入不均匀系数和中值粒径的影响,实验中所用中值粒径为15mm,25mm。公式如下:。 (6)通过野外回归验证,可以得到白果沟和死人沟的2009年7月17日泥石流的临界启动单宽流量q,白果沟的临界启动单宽流量为0.52m~3/s?m,相当于10年一遇的洪水既可以启动形成泥石流;死人沟的临界启动单宽流量为0.58m~3/s?m,也相当于10年一遇的洪水可以启动形成泥石流,但是白果沟的临界启动流量要比死人沟的小,这也说明了粒径在启动临界条件中的影响作用


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