泥石流災(zāi)害防治(王士革)

1、,泥石流災(zāi)害防治,中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 王士革,內(nèi) 容 泥石流的定義與工程分類(lèi) 泥石流防治工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 泥石流的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算 泥石流防治方案 泥石流防治措施 泥石流防治工程設(shè)計(jì) 泥石流防治工程實(shí)例,泥石流： 泥石流是一種自然現(xiàn)象，它是地殼隆起后再夷平過(guò)程必然出現(xiàn)的重力侵蝕現(xiàn)象。因此，泥石流的發(fā)生是必然的，可以說(shuō)它是山地環(huán)境的一部

2、分。泥石流災(zāi)害： 由泥石流造成的災(zāi)害，包括人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境和資源破壞，稱(chēng)為泥石流災(zāi)害。,泥石流的定義與工程分類(lèi),泥石流是松散土體和水的混合體在重力作用下沿坡面流動(dòng)的現(xiàn)象。,泥石流的定義：,泥石流的形成條件：,地形條件 陡峻的地形固體物質(zhì) 條件 豐富的松散固體物質(zhì) 水源條件 充沛的水源,高頻率泥石流溝谷Ⅰ 基本

3、上每年均有泥石流發(fā)生。固體物質(zhì)主要來(lái)源于溝谷的滑坡、崩塌。泥石流爆發(fā)雨強(qiáng)小于2～4mm/10min。除巖性因素外，滑坡、崩塌嚴(yán)重的溝谷多發(fā)生粘性泥石流，規(guī)模大；反之，多發(fā)生稀性泥石流，規(guī)模小。多位于強(qiáng)烈抬升區(qū)；巖層破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，山體穩(wěn)定性差，滑坡、崩塌發(fā)育、植被差。溝床和扇形地上泥石流堆積新鮮，無(wú)植被或僅有稀疏草叢。粘性泥石流溝中、下游溝床坡度大于4%。低頻率泥石流溝谷Ⅱ 泥石流爆發(fā)周期一般在10年以上。固體物質(zhì)主要

4、來(lái)于溝床，泥石流發(fā)生時(shí)“揭床”現(xiàn)象明顯。暴雨時(shí)坡面產(chǎn)生的淺層滑坡往往是激發(fā)泥石流形成的重要因素。泥石流爆發(fā)雨強(qiáng)，一般大于4mm/10min。泥石流規(guī)模一般較大，性質(zhì)有粘有稀。分布于各地構(gòu)造區(qū)的山地。山體穩(wěn)定性相對(duì)較好，無(wú)大型活動(dòng)性滑坡、崩塌。中、下游溝谷往往切于老臺(tái)地和扇形地內(nèi)，溝床和扇形地上巨礫遍布。植被較好，常常是“山青水秀”，溝床內(nèi)灌木叢密布，扇形地多已辟為農(nóng)田。粘性泥石流溝中、下游溝床坡度小于4%。,泥石流工程分類(lèi)：,我國(guó)城鎮(zhèn)防

5、洪和防治泥石流按《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ50-92的防洪標(biāo)準(zhǔn)采用。,泥石流防治工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),重要 一般 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) P=2% P=5% 校核標(biāo)準(zhǔn) P=1% P=2%,泥石流的設(shè)計(jì)參數(shù)與計(jì)算,泥石流流速 泥石流流量 泥石流徑流量 泥石流輸沙量 泥石流密度 泥石流沖擊力,泥

6、石流流速計(jì)算,一般將泥石流分為稀性泥石流和粘性泥石流，采用不同的公式計(jì)算。,稀性泥石流流速計(jì)算,計(jì)算公式： Vc = Mc R2/3 i1/2 /（1+Φc γc）1/2 其中： Vc —— 泥石流流速，m3/s； I —— 泥石流溝床縱坡，%； Φc —— 泥石流流速系數(shù)， Φc = （ γc - γw）/ （ γs – γc）； M

7、c —— 泥石流溝道糙率系數(shù)； R2/3 —— 泥石流水力半徑，m； γc —— 泥石流密度。,粘性泥石流流速計(jì)算,計(jì)算公式： Vc = K Hc2/3 I 1/2 其中： K —— 粘性泥石流流速系數(shù)； Hc —— 泥石流流深，m； I —— 泥石流泥面縱坡，%。,泥石流流量計(jì)算,形態(tài)調(diào)查法 配方法,,根據(jù)野外調(diào)查泥石流

8、的痕跡，測(cè)量泥位高和過(guò)流斷面面積，計(jì)算平均流速和流量，再根據(jù)其發(fā)生時(shí)間確定經(jīng)驗(yàn)頻率。,形態(tài)調(diào)查法,山洪流量計(jì)算 根據(jù)《中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》提供的暴雨資料，計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨并推求山洪設(shè)計(jì)洪峰流量。 Q=0.278ψ(s/τn)F Q — 設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）； ψ— 洪峰徑流系數(shù)； τ— 匯流時(shí)間（h）； n — 暴

9、雨衰減指數(shù)； s — 暴雨雨力（mm/h）； F — 流域面積（km2）。,配方法 （清水配方法）,泥石流設(shè)計(jì)流量 假定泥石流與暴雨洪水同頻率發(fā)生，采用配方法將暴雨洪水流量全部換算為泥石流流量，計(jì)算公式如下： Qc=Q（1+φ）D （2）式中：Qc——設(shè)計(jì)泥石流峰值流量（m3/s）； φ——泥石流修正系數(shù)，φ=（r

10、c-rw）/（rs-rc）； rc——泥石流容重（t/m3）； rw——水容重（t/m3）； rs——泥沙比重（t/m3）； D——泥石流堵塞系數(shù)。,單位泥石流體積所具有的重量稱(chēng)為泥石流體的容重，泥石流容重可以采用實(shí)測(cè)法，或根據(jù)野外調(diào)查情況，查有關(guān)資料來(lái)確定。 根據(jù)泥石流體取樣容重的測(cè)定在泥石流暴發(fā)時(shí)采集泥石流樣品，將所取得的樣品稱(chēng)重，量其體

11、積， ?c = Wc/Vc 式中：?c為泥石流容重（t/m3）；Wc為泥石流的重量（t）；Vc為泥石流的體積（m3）。 一般每個(gè)樣品體積不應(yīng)小于0.005m3,或重量不少于10kg。受取樣容器的限制，該方法獲取的樣品僅為泥石流體中顆粒較細(xì)的部分。由于北京山區(qū)泥石流溝暴發(fā)頻率低，能現(xiàn)場(chǎng)取樣的機(jī)會(huì)極少，泥石流容重很少采用實(shí)測(cè)的方法確定。,根據(jù)野外調(diào)查資料確定容重

12、 泥石流流量形態(tài)調(diào)查法采用下式進(jìn)行計(jì)算， Qc= Ac· Vc 式中，Qc 為泥石流流量（m3/s）；Ac 為調(diào)查斷面的泥石流過(guò)流面積（m2）；Vc為泥石流流速（m/s）。 形態(tài)調(diào)查斷面應(yīng)選擇在溝道順直、斷面變化不大、無(wú)堵塞、無(wú)匯流、無(wú)回流、泥痕比較清晰的河段。最好調(diào)查兩處以上的泥痕，根據(jù)泥位在縱斷面上的連續(xù)性來(lái)判斷調(diào)查泥位的可靠性，并

13、據(jù)此計(jì)算泥石流的平均泥深、過(guò)流斷面面積和水力坡度。再根據(jù)前述的方法計(jì)算泥石流的流速，最后按式（10-7）計(jì)算泥石流的流量。,,泥石流徑流量,根據(jù)泥石流歷時(shí)和最大洪峰流量，按照泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)，將其過(guò)程概化為三角形，通過(guò)計(jì)算斷面的一次泥石流徑流量按下式計(jì)算: Vc=19 T Qc / 72 式中：Vc——泥石流徑流量（m3）； Qc——設(shè)計(jì)泥石流峰值流量（m3/s

14、）； T——泥石流歷時(shí)（s）。,一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量按照下式計(jì)算： Vs = Cv Vc = Vc（rc-rw）/（rs-rw） 式中：Vs——通過(guò)計(jì)算斷面固體物質(zhì)實(shí)體總量（m3）； Vc——泥石流徑流量（m3）； rc——泥石流容重（t/m3）； rw——水容重（t/m3）； rs——泥沙比重（t/m3）。,泥石流輸送固體物質(zhì)量計(jì)算,基本思想

15、： 按照泥石流活動(dòng)的自然規(guī)律調(diào)整人類(lèi)的行為，根據(jù)泥石流發(fā)生、發(fā)展、成災(zāi)的規(guī)律，采取必要的工程手段，最大限度地減輕泥石流災(zāi)害。,泥石流防治工程方案設(shè)計(jì),泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)的基本原則,實(shí)事求是 以防為主，防治結(jié)合 因害設(shè)防，突出重點(diǎn) 因地制宜,,,,綜合防治方案 以攔擋為主 的方案 以排為主的防治方案 以生物工程為主的方案,,泥石流防治的方案：,綜合防治方案：,以小流域?yàn)閱卧?全面規(guī)劃，綜合治理 工程措施、生

16、物措施、預(yù)警報(bào)、管理措施等結(jié)合使用 多種防治建筑物聯(lián)合使用 災(zāi)害治理與發(fā)展經(jīng)濟(jì)相結(jié)合,北京市密云縣番字牌鄉(xiāng)番字牌西溝泥石流防治方案由土建工程、生物工程、預(yù)警系統(tǒng)和管理工程等四部分組成（1）土建工程防治方案 ①在流域中上游泥石流活躍的主要支溝布置骨干攔沙壩攔截泥石流，防止或減輕大規(guī)模泥石流災(zāi)害； ②在泥石流活躍的小支溝布置谷坊工程固坡穩(wěn)溝，減少支溝泥石流活動(dòng)； ③在中下游居民點(diǎn)設(shè)置護(hù)村堤，防御中小規(guī)模山洪泥石流或高含沙水

17、流的危害； ④在溝口布置防洪堤，保護(hù)溝口番字牌村免遭洪水和高含砂水流襲擊。 （2）生物工程設(shè)計(jì)方案 生物工程以恢復(fù)流域生態(tài)環(huán)境為主要目的，結(jié)合造林發(fā)展經(jīng)濟(jì)。在各支溝山坡的中上部發(fā)展水源涵養(yǎng)林680hm2，中下部營(yíng)造水土保持林370 hm2，水土保持薪炭林150hm2，水土保持經(jīng)濟(jì)林76 hm2，經(jīng)濟(jì)林17 hm2，溝道兩側(cè)營(yíng)造防護(hù)林。生物工程實(shí)施后，流域生態(tài)環(huán)境將向良性循環(huán)發(fā)展，逐步改變流域的匯流條件，減少水土流失，穩(wěn)坡固岸，

18、抑制泥石流的發(fā)生發(fā)展。（3）預(yù)警報(bào)工程設(shè)計(jì)方案 預(yù)警系統(tǒng)以減少人員傷亡為目的。由監(jiān)測(cè)點(diǎn)和預(yù)警站組成。在流域上、中、下游設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在溝口設(shè)預(yù)警站。通過(guò)對(duì)天氣預(yù)報(bào)和大氣降水監(jiān)測(cè)及資料分析，向政府有關(guān)部門(mén)提出發(fā)布泥石流預(yù)報(bào)或警報(bào)的建議。由政府部門(mén)通過(guò)警報(bào)裝置向流域內(nèi)各居民點(diǎn)發(fā)出泥石流預(yù)報(bào)或警報(bào)，通知居民緊急避難。（4）行政管理方案 管理工程內(nèi)容包括：易受泥石流危害居民點(diǎn)的搬遷，一般居民點(diǎn)避難點(diǎn)的選擇和建設(shè)，避難時(shí)撤離路線(xiàn)的選擇

19、，避難時(shí)的組織工作，發(fā)布預(yù)警報(bào)的程序和權(quán)限。,,番字牌西溝泥石流防治方案示意圖1．土建工程編號(hào) 2．居民點(diǎn) 3．?dāng)M搬遷居民點(diǎn) 4．?dāng)M遷往地點(diǎn) 5．?dāng)r砂壩 6．谷坊壩 7．格柵壩 8．護(hù)村導(dǎo)流堤 9．原有護(hù)村堤加高、加固及延長(zhǎng) 10．護(hù)村挑流壩 11．生物工程林地界線(xiàn)索 12．水源涵養(yǎng)林 13．水土保持—用材林 14．水土保持——薪炭林 15．水土保持—經(jīng)濟(jì)林 16．經(jīng)濟(jì)林與農(nóng)耕地,以排為主的防治方案,主要工程措施

20、：排導(dǎo)槽、小型攔擋壩、渡槽 要 點(diǎn)： 排導(dǎo)槽、渡槽平面和縱斷面的 合理布置 在排導(dǎo)槽、渡槽的上游布置少 量的小型攔擋壩,泥石流的防治措施與防治建筑物,泥石流的防治措施 主要防治建筑物,泥石流防治措施

21、,主要泥石流泥石流防治建筑物,攔砂壩 谷坊 排導(dǎo)槽 渡槽 停淤場(chǎng) 明洞,,,攔砂壩的種類(lèi) 重力式 格柵式 柔性 樁林,泥石流攔砂壩（重力式）的特點(diǎn)：作用 攔截泥沙、排水，水土分離 固定溝床、穩(wěn)定溝坡 壩后淤積泥沙反壓滑坡 結(jié)構(gòu) 壩體上游邊坡比 1:0.5~0.7 壩體下游邊坡比 1: 0 ~0.2

22、 壩體上設(shè)有排水孔 一般不專(zhuān)門(mén)設(shè)溢洪道消能 軟基消能,攔砂壩的布置,（一）壩址選擇的原則 通常在泥石流流域內(nèi)可建攔砂壩的壩址不多，要尋找理想的壩址更難。壩址一般選在泥石流的流通區(qū)，可利用中等或大比例尺地形圖（1/2000～1/10000），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘選定，選擇壩址可考慮如下條件。1．地質(zhì)條件 壩址附近應(yīng)無(wú)大斷裂通過(guò)，壩址兩岸山坡穩(wěn)定，無(wú)滑坡、崩塌、沖溝等不良地質(zhì)現(xiàn)象和泉水出露，溝

23、床有基巖出露或基巖埋深較淺，壩基為基巖或密實(shí)的沉積物。2．地形條件 壩址處溝谷狹窄，而上游開(kāi)闊，溝床縱坡較緩，溝谷對(duì)稱(chēng)，兩肩高度能滿(mǎn)足壩高與庫(kù)容要求。3．建筑材料和施工條件 壩址附近有充足的石料、沙等當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?；離公路較近，易于修筑施工便道，運(yùn)輸方便；有開(kāi)闊施工場(chǎng)地，有可供使用的水源。,攔砂壩的布置 壩址初步選出后，攔砂壩的確切位置可根據(jù)下列原則作出決定。1．與防治工程總體布置協(xié)調(diào) 攔砂壩的布置

24、應(yīng)與防治工程總體布置協(xié)調(diào),與上游的谷坊或攔砂壩，下游的攔砂壩或排導(dǎo)槽能合理地銜接。2．安全可靠 攔砂壩應(yīng)布置在崩塌與滑坡等突發(fā)性災(zāi)害沖擊范圍之外，能保證攔砂壩自身的安全。3．效益高 攔砂壩的布置應(yīng)能滿(mǎn)足本身的設(shè)計(jì)要求，有較好的綜合效益，如，有足夠的攔淤庫(kù)容，有足夠的壩高；既能攔沙，又能利用攔截的泥沙反壓滑坡等。,重力式攔砂壩的設(shè)計(jì),（一）荷載分析 作用于壩體的泥石流荷載主要有，壩體自重、水壓力、淤積物壓力、泥

25、石流體壓力、地基反力、揚(yáng)壓力、地震力和泥石流沖擊力等）。 1．壩體自重 2．水平水壓力 3．淤積物垂直壓力 4．泥石流體水平壓力 5 ．揚(yáng)壓力 6．地震力 7．泥石流沖擊力,1．壩體自重,式中： Wa為壩體自重（t）， Va為壩身體積（m3）， 為壩體容重（t/m3）；,2．水平水壓力,式中： ywl 為水的容重（t/m3）， Hw

26、為水深（m）。,3．淤積物垂直壓力,式中： Wb、Wd分別為淤積土重和流體重（t），yb、yc分別為淤積土容重和流體容重（t/m3）。,,,,4．泥石流體水平壓力,（1）稀性泥石流 式中：； 為干沙容重， yw 為水容重， n 為孔隙率， hs 稀性泥石流堆積厚度，

27、 Φgs為泥沙內(nèi)摩擦角。,,,,,（2）粘性泥石流,式中：yc 為粘性泥石流容重， Hc 為泥深， Φa 為泥石流內(nèi)摩擦角（一般取4°-10°）。,5．揚(yáng)壓力,,式中：L 為壩底長(zhǎng)， ΔH 為壩上下游水位差， K 為水 頭折減系數(shù)，其值在0～0.7之間，可根據(jù)地基 滲透性與壩基輪廓，估計(jì)滲透壓力折減度酌情選用。,6．地震力,地震力包括

28、地震慣性力、地震動(dòng)水壓力和地震土壓力，可參考有關(guān)規(guī)范計(jì)算，壩體高度 ≤15m的中小型攔砂壩不考慮地震荷載。,7．泥石流沖擊力,泥石流沖擊力Fc可按沖擊力公式計(jì)算。,（二）荷載組合 作用于壩體的荷載組合既與壩庫(kù)使用情況有關(guān)（空庫(kù)、半庫(kù)和淤滿(mǎn)后運(yùn)用），又與泥石流類(lèi)型、規(guī)模及使用期內(nèi)壩庫(kù)與泥石流的遭遇有關(guān)，應(yīng)按具體情況挑選幾種可能發(fā)生的危險(xiǎn)組合進(jìn)行計(jì)算，以其中最危險(xiǎn)的組合作為設(shè)計(jì)控制條件。 泥石流攔砂壩受力狀態(tài)復(fù)雜，一些荷載計(jì)算誤

29、差較大，控制設(shè)計(jì)的荷載至今還沒(méi)有公認(rèn)的合理的組合模式。根據(jù)攔砂壩的受力分析和工程實(shí)踐，有兩點(diǎn)是可以肯定的：一是空庫(kù)運(yùn)行時(shí)，攔砂壩穩(wěn)定性最差；二是壩后淤積越高，攔砂壩穩(wěn)定性越好，當(dāng)擋砂壩淤滿(mǎn)后，其受力狀態(tài)與擋土墻相似。中、小型攔砂壩（有效壩高≤15m）設(shè)計(jì)時(shí)可參考下表2選用荷載組合作為控制設(shè)計(jì)用。,運(yùn)行情況 泥石流性質(zhì)空庫(kù)過(guò) 應(yīng)考慮的荷載 流稀性泥石流 自重

30、Wa 水壓力 Fwl 泥石流水平壓力 Fvl 揚(yáng)壓力 Fy 沖擊力 Fc粘性泥石流 自重 Wa

31、 泥石流水平壓力 Fdl 沖擊力 Fc,（三） 穩(wěn)定分析 1．壩體抗滑穩(wěn)定 2．抗傾覆驗(yàn)算 3．地基承載力驗(yàn)算,1．壩體抗滑穩(wěn)定沿基礎(chǔ)底（平）面滑動(dòng)公式,式中： Kc為抗滑安全系數(shù)； ΣW為垂直力之總和； ΣQ為水平力之總和；\ f為沿基面的摩擦系數(shù)。,,≥1.05～1.15,沿切開(kāi)壩

32、踵和齒墻的水平斷面滑動(dòng)公式,≥1.0～1.15,,式中： C為單位面積壩踵和齒墻粘結(jié)力（t/m2）， A為剪切斷面面積（m2）， 其余符號(hào)同前。,,2．抗傾覆驗(yàn)算 驗(yàn)算公式為：,,≥1.05～1.15,式中： Ky為抗傾安全系數(shù)； Mx為抗傾覆力矩（t·m）； M0為傾覆力矩（t·m）。,3．地基承載力驗(yàn)算,壩的上游邊緣地基不出現(xiàn)拉應(yīng)力，下游邊緣地基壓應(yīng)

33、力低于地基承載力.,,,≥0,≤,,(四）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)1．壩高 攔砂壩的高度可分為總壩高Hd和有效壩Hd1（見(jiàn)圖10-5）。一般將有效壩高稱(chēng)為攔砂壩的壩高。攔砂壩的高度由下列條件決定：（1）壩址處地基及岸坡的地質(zhì)條件；（2）壩址處地形條件；（3）攔砂壩的設(shè)計(jì)目標(biāo)；（4）合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，主要是壩高與攔淤庫(kù)容的關(guān)系。攔砂壩根據(jù)壩高一般分為： ①小型攔砂壩，Hd1=5～10m； ②中型攔砂壩，Hd1

34、=10～15m； ③大型攔砂壩，Hd1>15m。,重力式攔砂壩基本尺寸壩 高 ＜10m10～20m 20～30m ＞30m壩頂寬（m） 1.0-2. 03. ～4.0 ＞5.0上游坡比 0.4-0.50.5 0.55

35、 0.60下游坡比 0-0.050 .050～1 ＞0.1壩底寬（m） 0.7Hdl (0.7~0.8)Hdl (0.8~0.9)Hdl＞0.9Hdl基礎(chǔ)埋深（m） 1.5~2.52 .0~4.03.0~5.0 ＞5.0,壩

36、的剖面尺寸,泄流孔與排水孔 攔砂壩一般應(yīng)設(shè)大孔徑的泄流口，布置在溢流口下方。泄流口可采用矩形，一般寬1.0m，高3.0～1.0m。泄流口的數(shù)量與尺寸，應(yīng)按排泄常年洪水計(jì)算。壩體非溢流段還必須設(shè)置排水孔。一般按每隔2～3m的壩高設(shè)置一排排水孔，排水孔之間的水平距離3～4m，在立面上呈梅花型布置。排水孔可采用0.3m×0.4m或0.2m×0.3m兩種規(guī)格。 溢流口底面應(yīng)采取加強(qiáng)措施，以抵御泥石流的摩

37、擦，一般的方法如下。 ①澆0.5～1.0m厚高標(biāo)號(hào)細(xì)石砼； ②用堅(jiān)硬的條石或大塊石鑲面； ③埋置鋼板及廢鋼軌。,5．壩下消能 多數(shù)被破壞的攔砂壩是由于基礎(chǔ)被淘空而失事的，因此必須慎重地處理壩下消能問(wèn)題。大多數(shù)攔砂壩采用副壩消能。副壩與主壩重疊高度，按下式計(jì)算 式中：Hdl′為攔砂壩壩頂?shù)經(jīng)_刷坑底的高度（m）；

38、H′為副壩重疊高度（m）； Hc 為溢流口上泥深. 主、副壩間的距離可按式計(jì)算， L=（1.5～2）·(Hdl′+Hc) 式中：L為主、副壩間距（m）；其余符號(hào)同前。 若副壩高出河底1.0m以上，在其下游還應(yīng)再設(shè)第二道副壩。,谷坊工程設(shè)計(jì),構(gòu)筑于支溝泥石流形成區(qū)中具有固床穩(wěn)坡功能，高度較低的小型壩工建筑物. 一

39、般情況下，采用梯級(jí)谷坊相互成串逐級(jí)遞保消能，即下游谷坊的回淤末端壓理上游谷坊的基礎(chǔ)齒墻。越壩洪流在齒墻前端形成沖刷坑暨軟基消能，應(yīng)控制上游溢流堰的單寬流量和溢流深，將沖刷坑最大深度限定在齒墻埋深線(xiàn)以?xún)?nèi)，控制齒墻基底侵蝕基準(zhǔn)不再下切，待后續(xù)泥石流重新建造回淤末端并將沖坑填平。,谷坊之間取間距為 l=(2～3)H式中，l為檻谷間距，H為谷坊壩落差。,谷坊群布置圖,東 川式 V型槽,排導(dǎo)槽是由人工開(kāi)挖、填筑過(guò)流

40、斷面，或利用自然溝道，砌筑具有規(guī)則平面形狀和橫斷面的一種開(kāi)敞式槽形過(guò)流建筑物。,泥石流排導(dǎo)槽的種類(lèi),泥石流排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,,軟基消能排導(dǎo)槽為分離式結(jié)構(gòu)，排導(dǎo)槽兩側(cè)建2道平行的邊墻形成槽身，在槽內(nèi)順流向每隔一定距離設(shè)橫過(guò)溝床的防沖肋板。肋板與墻基砌成整體，肋板厚度一般為1.0m，深度一般以1.50～2.50m為宜，并按潛沒(méi)式布設(shè)，肋板頂一般與溝床底平，肋板沿溝床的間距可按下式計(jì)算。,東 川 式,泥石流排導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)圖,V型槽底部呈V型，通常

41、以漿砌石、混凝土、鋼筋混凝土進(jìn)行全斷面護(hù)砌，構(gòu)成整體式結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖10-11）。V型槽底部由含縱、橫坡度的兩個(gè)斜面組成重力束流坡，縱坡值通常用30‰～300‰，橫坡通常用200‰～250‰，限值為100‰～300‰，在縱坡不足時(shí)加大橫坡輸沙效果顯著。,V型槽,排導(dǎo)槽的布置 排導(dǎo)槽的布置應(yīng)力求線(xiàn)路順直，縱坡較大，以有利于排泄，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：其一是盡可能利用現(xiàn)有的天然溝道，加以整治利用，盡量保持原有溝道的水力條件；其

42、二是出口盡量與主河銳角相交，防止泥石流堵塞主河；其三是在必須設(shè)置彎道的槽段，應(yīng)使彎道半徑Rs =（8~10）倍泥面寬度Bc（稀性泥石流）或Rs =（15~20）倍泥面寬度Bc（粘性泥石流）。,排導(dǎo)槽縱坡設(shè)計(jì) 排導(dǎo)槽的縱坡應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、天然溝道縱坡等情況綜合考慮確定，應(yīng)盡量利用自然地形坡度，保持必要的縱坡。排導(dǎo)槽縱坡最好一坡到底，以防止因變坡產(chǎn)生淤積和沖刷。必須設(shè)置變坡的槽段，要注意縱坡的變化幅度不應(yīng)過(guò)大，同時(shí)應(yīng)設(shè)置變坡段。

43、排導(dǎo)槽的縱坡可按表10-15選擇。若原地形不能滿(mǎn)足排導(dǎo)泥石流的最小縱坡時(shí)，必須抬高槽首高程或降低槽尾高程，以獲得保證排導(dǎo)泥石流所必須的最小縱坡。,排導(dǎo)槽橫斷面設(shè)計(jì) 泥石流排導(dǎo)槽橫斷面設(shè)計(jì)包括橫斷面形式的選擇和斷面尺寸的確定。（一）排導(dǎo)槽的橫斷面的形式常見(jiàn)的泥石流排導(dǎo)槽橫斷面形狀有梯形、矩形和V形等3種（見(jiàn)圖10-7）。 一般情況，梯形或矩形斷面適用面廣，適用于各種類(lèi)型和規(guī)模的泥石流，V形橫斷面適用于頻繁發(fā)生、規(guī)模較小的粘性泥石

44、流和水石流的排泄，寬度一般不超過(guò)5米。,（二）斷面尺寸的確定 排導(dǎo)槽在設(shè)計(jì)中一般采用類(lèi)比法，通過(guò)試算來(lái)確定排導(dǎo)槽的橫斷面尺寸。1．?dāng)M定排導(dǎo)槽橫斷面尺寸 選擇較為順直、狹窄，且形狀和尺寸比較穩(wěn)定的流通段，參照流通段溝床形態(tài)。,2．試算過(guò)流能力 根據(jù)上述方法擬定的排導(dǎo)槽尺寸、 和排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)深度Hc ，試算排導(dǎo)槽的泄流能力。將試算結(jié)果與泥石流流量比較，若假定的橫斷面尺寸不能滿(mǎn)足排導(dǎo)的要

45、求或泄流能力過(guò)大，則修正斷面尺寸或改變斷面形狀，重新進(jìn)行計(jì)算，直到既滿(mǎn)足排導(dǎo)泥石流的要求，又達(dá)到經(jīng)濟(jì)斷面為止。,黑水縣蘆花溝泥石流防治續(xù)建工程規(guī)劃設(shè)計(jì),工程實(shí)例,內(nèi) 容1.位置與交通 2.泥石流原有防治工程及存在的問(wèn)題 3.泥石流的發(fā)展與危害4.泥石流續(xù)建工程方案 5.工程投資概算 6.幾點(diǎn)建議,1.位置與交通,蘆花溝位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣，是岷江水系黑水河中游右岸的一級(jí)支流，溝口地理坐標(biāo)為102°

46、;50′00″E，32°04′42″N，黑水縣城-蘆花鎮(zhèn)坐落在蘆花溝泥石流堆積扇上。蘆花鎮(zhèn)交通方便，省道S302從城區(qū)通過(guò)，南距成都310 km，西距阿壩州州府馬爾康176 km。,2.泥石流原有防治工程及存在的問(wèn)題,上世紀(jì)八十年代，黑水縣政府對(duì)蘆花溝泥石流進(jìn)行了綜合治理，治理工程于1984年4月破土動(dòng)工，到1987年10月竣工。工程以50年一遇泥石流為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，100年一遇泥石流為校核標(biāo)準(zhǔn)。泥石流綜合治理工程措施為以排為主，

47、排導(dǎo)、攔蓄、穩(wěn)坡、停淤等措施相結(jié)合，并輔以截水排流。主要工程項(xiàng)目是，排導(dǎo)槽465m，停淤場(chǎng)一座（庫(kù)容7萬(wàn)m3）、攔砂壩8座、潛壩4座（總攔淤庫(kù)容量約3萬(wàn)m3）、截水溝1 km；同時(shí)營(yíng)造水源涵養(yǎng)林和水土保持林，實(shí)行退耕還林、封山育林等生物措施。蘆花溝泥石流治理工程形成了完整的防災(zāi)減災(zāi)工程體系，工程竣工后防災(zāi)減災(zāi)效果極佳，有效 地保護(hù)了縣城上萬(wàn)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。,2.1 泥石流原有防治工程,,蘆花溝流域及泥石流治理工程布置圖,2.2

48、 原有工程存在的的主要問(wèn)題,（1）攔沙壩群庫(kù)容已滿(mǎn)，攔蓄能力消失。,（2） 出現(xiàn)攔砂壩壩肩繞流，壩體被破壞,,,,（3） 部分壩體破壞嚴(yán)重,,,（4）排導(dǎo)槽底局部破損嚴(yán)重，排導(dǎo)能力減小,蘆花溝是一條發(fā)育處于幼年期的溝谷，除上游清水匯流區(qū)以外的溝谷溝床比降達(dá)354‰，兩岸山坡十分陡峻，滑坡和表層滑塌發(fā)育，中上游溯源侵蝕強(qiáng)烈，泥石流發(fā)展勢(shì)頭正旺。1987年泥石流治理工程完成后，泥石流固體物質(zhì)大量被攔擋壩群攔蓄，壩與壩之間的溝床比降變小，壩體

49、上游附近兩岸滑坡坡腳被堆積物反壓，滑坡活動(dòng)逐漸減弱，泥石流活動(dòng)趨勢(shì)減緩。 進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，隨著泥石流防治工程的老化，上游的溝道侵蝕加劇，溝道兩側(cè)山體表層滑塌嚴(yán)重，補(bǔ)給泥石流的固體物質(zhì)增多，泥石流再趨活躍。泥石流形成區(qū)兩岸山坡坡度在40°左右，巖體破碎，隨著溯源侵蝕的不斷進(jìn)行，溝谷的向源、向側(cè)侵蝕加劇，溝岸失穩(wěn)導(dǎo)致小型滑坡發(fā)育。目前，從塔子窩村向下至4#谷坊間的溝道兩岸新滑坡成片分布，較大的滑坡有5處，左岸有2處，右岸有3

50、處，總面積約2.5萬(wàn)m3?；率怯蓽系罌_蝕而形成的牽引式滑坡，溝內(nèi)還可見(jiàn)多棵倒下的樹(shù)木。據(jù)初步判斷，新發(fā)生的滑坡均為淺層滑坡，平均厚度約2 m，滑坡體總方量約5萬(wàn)m3。 從目前蘆花溝泥石流形成條件看，其地形條件和降水條件沒(méi)有大的變化，而松散固體物質(zhì)相當(dāng)豐富，發(fā)生較大規(guī)模泥石流的條件是充分的，1998年和2004年泥石流的暴發(fā)情況也證實(shí)了這一點(diǎn)。同時(shí)攔擋壩已淤滿(mǎn)和谷坊出現(xiàn)不同程度的損毀，如泥石流的規(guī)模達(dá)到中等，可能對(duì)蘆花鎮(zhèn)造成

51、嚴(yán)重的威脅。盡管在2005年實(shí)施了泥石流防治的應(yīng)急工程，在一定程度上緩解了險(xiǎn)情，但還存在這種安全隱患。,3.泥石流的發(fā)展趨勢(shì)與危害,,形成區(qū)兩岸滑坡及表面滑塌發(fā)育,山坡上的大樹(shù)滑入溝內(nèi),2004年9月30日泥石流堵塞西街橋留下的痕跡,,4.泥石流續(xù)建工程方案,4.1 目標(biāo)和原則,蘆花溝泥石流防治續(xù)建工程的目標(biāo)是削弱泥石流的形成條件，減輕泥石流災(zāi)害。防治工程能防御山洪和中等-大規(guī)模泥石流的危害，保護(hù)溝道下游蘆花鎮(zhèn)和保護(hù)通過(guò)縣城的省道S3

52、02線(xiàn)的安全，保護(hù)塔子窩村的耕地和住房，在超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)泥石流發(fā)生時(shí)，能減輕災(zāi)害，將財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡減輕到最低程度。 繼承1983年蘆花溝防治泥石流“穩(wěn)固排為主，停為輔”的方案，根據(jù)蘆花溝泥石流活動(dòng)現(xiàn)狀和防治工程運(yùn)行情況，對(duì)現(xiàn)有工程進(jìn)行改建和維修；采用穩(wěn)、攔、排等工程措施控制和減輕泥石流災(zāi)害，保護(hù)蘆花鎮(zhèn)、省道S302線(xiàn)和塔子窩村耕地、住房的安全。,,4.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)1984年蘆花溝泥石流治理工程規(guī)劃設(shè)計(jì),工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下:

53、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 50年一遇泥石流 （2%頻率）校核標(biāo)準(zhǔn) 100年一遇泥石流（1%頻率）本設(shè)計(jì)采用與原設(shè)計(jì)相同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。,4.3續(xù)建工程設(shè)計(jì)方案 蘆花溝泥石流防治續(xù)建工程設(shè)計(jì)繼續(xù)貫徹 “穩(wěn)固排為主，停為輔”的原防治方案，針對(duì)蘆花溝泥石流活動(dòng)的現(xiàn)狀和現(xiàn)有工程運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，有針對(duì)性地規(guī)劃了新建、加高、加固等不同類(lèi)型的工程，對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行新一輪的綜合治理。在流域上游塔子村附近，布置了截水工程和4座谷坊，將上游來(lái)

54、水?dāng)r截后引入排水溝，排入中蘆花溝，減少進(jìn)入泥石流形成區(qū)的水量，控制泥石流形成的水源條件，并固定溝床，保護(hù)村寨和耕地；在滑坡活躍的泥石流形成區(qū)，布置14座谷坊工程固溝穩(wěn)坡，減小滑坡活動(dòng)，減少泥石流固體物質(zhì)的來(lái)源。,在下游加高2號(hào) -5號(hào)攔沙壩，攔截泥石流中的粗大礫石和漂木，降低其容重，削減泥石流峰值流量和規(guī)模，減輕下游排導(dǎo)槽的壓力，防止大規(guī)模泥石流對(duì)下游造成危害；在溝道下游泥石流排導(dǎo)槽彎道凹岸處加高堤防,防止彎道泥石流超高越過(guò)堤防；對(duì)原排

55、導(dǎo)槽進(jìn)行清淤和維修，恢復(fù)其排導(dǎo)能力，對(duì)公路橋下排導(dǎo)槽縱坡進(jìn)行調(diào)整，保證泥石流能順暢地排入黑水河，保護(hù)城區(qū)免遭泥石流危害。工程布置圖見(jiàn)圖下圖,,蘆花溝泥石流防治續(xù)建工程方案圖,4.4 主要工程建筑物設(shè)計(jì),4.4.1 排導(dǎo)槽彎道加高 排導(dǎo)槽上接1#攔砂壩，穿過(guò)蘆花鎮(zhèn)進(jìn)入黑水河，全長(zhǎng)465m，在人行橋上游布置有一彎道。為保證蘆花鎮(zhèn)的安全，將該段排導(dǎo)槽彎道凹岸側(cè)墻加高，加高部分高1.50m，頂寬1.0m，長(zhǎng)50.0m，采用 M 7.

56、5漿砌塊石砌筑，沿流向每間隔20m設(shè)置一道沉降縫。,,4.4.2 2#—5#攔沙壩加高,蘆花溝原7座攔砂壩均已淤滿(mǎn)，對(duì)原2#—5#攔沙壩進(jìn)行加高，以攔截泥石流中的粗大礫石和漂木，減輕下游排導(dǎo)槽的壓力。2 #—5#攔沙壩均加高5.0m，可形成約3萬(wàn)攔淤庫(kù)容。加高后的攔砂壩頂寬4.3m，壩體上游邊坡系數(shù)1:0.6，下游邊坡系數(shù)1:0.1；溢流口斷面為梯形，頂寬9.0m，底寬6.0m，深3.0m；壩體中部設(shè)置一排共3個(gè)排水孔，排水孔高4.0

57、m，寬1.0m，排水孔之間凈間距2.0m。加高部分溢流段用C15澆注，非溢流段采用M 7.5用漿砌石結(jié)構(gòu)。,,,,4.4.3 泥石流形成區(qū)谷坊工程 泥石流形成區(qū)溝道上布置谷坊14座，有效高度一般為3.0-5.0m，基礎(chǔ)埋深2.5m，壩軸線(xiàn)長(zhǎng)20-30.0m。谷坊壩頂寬度2.0m，壩體上游邊坡系數(shù)1:0.6，下游邊坡系數(shù)1:0.0；溢流口斷面為梯形，頂寬8.0m，底寬4.0m，深4.0m；壩體中部設(shè)置2排排水孔，排水孔高0.5m

58、，寬0.4m，排水孔呈梅花型布置，孔間列距2.0m，行距2.5m。谷坊采用M7.5級(jí)漿砌石構(gòu)筑，溢流口底部用C15澆注。,,,,,4.4.5 塔子窩排水溝工程 塔子窩排水工程位于塔子村上游，由擋水壩、水渠、跌水和退水等項(xiàng)工程組成。排水工程用擋水壩將溝道攔斷抬高水位，利用左岸現(xiàn)有的缺口布置排水渠，通過(guò)1300 m長(zhǎng)的排水渠，將山水排入相鄰的中蘆花溝。擋水壩有效高度3.0m，基礎(chǔ)埋深2.0m，壩軸線(xiàn)長(zhǎng)25.0m，壩頂寬度1.5

59、m，壩體上游邊坡系數(shù)1:0.5，下游邊坡系數(shù)1:0.2；溢流口斷面為復(fù)式，頂寬4.0m，底寬2.0m，深2.5m。擋水壩用M7.5級(jí)漿砌石構(gòu)筑，溢流口底部用C15澆注。排水溝由南向北基本沿等高線(xiàn)布置，設(shè)計(jì)流量為2.29 m3/s，設(shè)計(jì)縱坡為2%；橫斷面為梯形，底寬1.0 m，頂寬2.0 m，深1.0 m；沿途布置2-3處跌水以調(diào)整縱坡，進(jìn)入中蘆花溝時(shí)再設(shè)置退水工程。排水渠、跌水和退水工程均用M7.5級(jí)漿砌石構(gòu)筑。,,,,,5 工程投資概

60、算及工期安排,5.1 工程設(shè)計(jì)概算 本次工程設(shè)計(jì)概主要依據(jù)四川省建設(shè)廳（2000）《四川省建筑工程預(yù)算定額》，并結(jié)合工程所在地的實(shí)際情況進(jìn)行編制的。本工程投資概算總投資為425.67萬(wàn)元。 其中：工程直接費(fèi) 334.74萬(wàn)元攔砂壩加高工程 120.31萬(wàn)元泥石流形成區(qū)谷坊工程 147.42萬(wàn)元塔子窩谷坊工程 14.76萬(wàn)元

61、排水溝工程 44.16萬(wàn)元排導(dǎo)槽加高工程 3.09萬(wàn)元 排導(dǎo)槽維修 3.00萬(wàn)元公路橋改造 2.00萬(wàn)元,5.2 工期安排 蘆花溝泥石流防治續(xù)建工程建議分三年完成。第一年完成塔子窩排水溝工程和谷坊工程、排導(dǎo)槽加高工程、排導(dǎo)槽維修、公路橋改造，加高5#、4#攔砂壩和形成區(qū)2-3座谷坊；第二年加高5#、

62、4#攔砂壩、完成形成區(qū)3-5座谷坊；第三年完成其余的形成區(qū)谷坊工程。,6 建議,6.1保護(hù)蘆花溝生態(tài)環(huán)境蘆花鎮(zhèn)是全縣政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中，是阿壩州重點(diǎn)發(fā)展的城鎮(zhèn)，并制定了新的城區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃。為保護(hù)蘆花鎮(zhèn)的安全，建議將縣城后山劃為泥石流治理和生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)區(qū)，在該區(qū)內(nèi)實(shí)行嚴(yán)格的封山育林和退耕還林等措施，特別是要防止對(duì)森林大面積的破壞和大規(guī)模開(kāi)挖山體。因?yàn)椋坏┥鷳B(tài)流域惡化，泥石流災(zāi)害發(fā)生的頻率和規(guī)模將會(huì)加大，蘆花鎮(zhèn)將會(huì)處于更危險(xiǎn)的狀況

63、，泥石流災(zāi)害治理難度更大。6.2在蘆花溝建設(shè)泥石流預(yù)警系統(tǒng)在蘆花溝建立泥石流預(yù)警系統(tǒng)，開(kāi)展泥石流監(jiān)測(cè)工作（如，在蘆花溝上游的塔子窩村設(shè)立雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)形成區(qū)的滑坡、崩塌定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)等），制定縣城泥石流災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，建立和完善災(zāi)害管理體制，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生超過(guò)防治工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的泥石流災(zāi)害。6.3將泥石流治理與堆積扇開(kāi)發(fā)利用相結(jié)合蘆花溝泥石流治理應(yīng)有除害興利的新理念。黑水縣境內(nèi)可作居住用地的地方很少，土地資源非常寶貴。在蘆花溝泥石流治

64、理中可采用合理的設(shè)計(jì)方案，可將原泥石流停淤場(chǎng)改為城鎮(zhèn)建設(shè)用地。這樣，既對(duì)泥石流進(jìn)行了治理，又開(kāi)發(fā)了土地，一舉多得。,,云南昆明市東川區(qū)老干溝泥石流治理,防治實(shí)例,老干溝概況： 老干溝是云南東北部小江中游大白河右岸的一條支溝，流域面積7.67km2，主溝長(zhǎng)5.68km，溝床縱坡17%。流域內(nèi)有一處大滑坡和一處崩塌，可提供1400萬(wàn)m3固體物質(zhì)。 1956年因修建公路和鐵路，引起滑坡活動(dòng)，繼而泥石流開(kāi)始發(fā)生。196

65、0年以后，幾乎每年都發(fā)生大規(guī)模泥石流災(zāi)害。該溝泥石流對(duì)公路的危害主要表現(xiàn)在泥沙淤埋路基，沖毀路面。造成溝床每年平均上升1m。將公路橋和鐵路橋全部淤埋。1985年泥石流將一輛汽車(chē)卷入小江，造成12人死亡。,泥石流防治原則： 因害設(shè)防，綜合治理，排攔結(jié)合，穩(wěn)定岸坡，植樹(shù)造林，恢復(fù)生態(tài)。,老干溝泥石流防治方案示意圖,主要工程： 攔砂壩 2 座 排導(dǎo)槽 980米 谷坊