陕北典型黄土泥流发育规律及其防治对策(王家鼎).ppt
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1、陕北典型黄土泥流发育规律 及其防治对策,报告人:王家鼎教授 单 位:西北大学 时 间:2009.07,报告提纲,项目研究意义 项目研究的现状及国内外动态,拟研究内容,技术路线,项目研究意义,泥流是黄土高原常见的一种地质灾害,它爆发突然,来势凶猛而迅速,破坏力强,对黄土高原区的工农业生产和人民生活带来了很大的麻烦并造成严重的危害。在陕北地区泥流往往冲进村庄和城镇,毁坏房屋、工厂、企事业单位及各种设备和设施,还掩埋人畜和农田,甚者造成村毁人亡。,危害,1971、7、23:清涧县普降暴雨,清涧河暴发特大粘性泥流,容重高达2t/m3,冲毁房屋400余间,农田2400余亩,造成严重经济损失。 1977、
2、7、56:延河流域于发生大面积特大暴雨,延河暴发泥流,延安城严重受害,摧毁房屋5000多间,掩埋农田12.01Km2,死亡134人。 1957-1982,神木县共出现大暴雨70次,平均每年2-3次。大暴雨期间,各河流一般均出现泥流。神府煤田多是露天开采,矿坑多修建在河流的高河漫滩或I级阶地上,泥流暴发,矿坑常被冲毁或淹埋,泥流还将大量煤炭冲走,最大煤块可达5000kg以上。 1971、7、25:神木县突降大暴雨,窟野河流域暴发特大泥流,冲毁公路71km。1976年窟野河暴发泥流,将县城公路大桥摧毁。,对农业的危害,造成极其严重的水土流失。对7条沟道在8年期间的土壤流失总量的统计结果显示,泥流就
3、占了62.9,其中最大一次泥流就占了31.4。由于泥流产生了大量的水土流失,从而造成黄河高含沙水流甚至出现泥流。 毁坏农田。黄土高原每年约有数万亩耕地遭受泥流袭击,对农业生产造成严重损失。1993年8月3日延安市突降大暴雨,延河流域暴发泥流,毁坏农田21306亩。 冲毁淤地坝。 1977年7月5日,1978年7月23日,1993年8月3日,曾在陕西省的子长县、绥德县、安塞县、清涧县、子洲县、延安市,发生了大暴雨和特大暴雨,许多沟谷暴发泥流冲毁淤地坝其中以绥德和清涧两县最为严重,80以上的淤地坝被泥流毁坏。,2006年月11日凌晨,受号超强台风带来的强降雨影响,石磨下村附近山体多处发生浅表层土质
4、滑坡,并由这些滑坡作为起动条件形成了泥石流,共造成人死亡,经济损失达158万元。,浙江省庆元县荷地镇石磨下村泥石流灾害,控制房屋建设规模,禁止挤占行洪通道,村庄挤占沟口,泥石流爆发时冲毁房屋,11人死亡(四川盐源,2006),泥石流排导槽被建筑垃圾堆填,排洪能力减弱。,避免在冲沟内排放垃圾,注意访问和实地调查泥石流的发生历史,四川泸定杵尼乡泥石流灾害毁坏房屋和土地,通过正常洪水水位线来观测泥石流,测定泥石流堆积和泥位高度,宝天铁路泥石流,姑海泥石流,因此,深入调查陕北地区泥石流的形成条件、分布规律、分类、研究泥流的机理及其运动规律,并提出相应的防治对策对该区的防灾工作和促进地方经济建设发展具有
5、重大的减灾现实意义,是非常必要的。,项目研究的现状及国内外动态,一、泥石流分类 1、按山地地貌形态坡面型泥石流、沟谷型泥石流、河谷型泥石流。 2、按泥石流固体物质组成泥流、水石流、泥石流。 3、按物质状态粘性泥石流 、稀性泥石流 。 4、按诱发因素暴雨型泥石流、溃决型泥石流、冰雪融水型泥石流、地震泥石流。 5、按泥石流流域大小大型泥石流,中型泥石流和小型泥石流 。 6、按泥石流发展阶段 发展期泥石流,旺盛期泥石流和衰退期泥石流 。,沟谷型泥石流,坡面型泥石流,河谷型泥石流,冻融泥流,华山水石流,9.24泥石流后的北川县城,二、泥石流的形成条件 泥石流的形成必须同时具备以下3个条件:陡峻的便于
6、集水、集物的地形、地貌;有丰富的松散物质;短时间内有 大量的水源。,(一)地形地貌条件 (二)松散物质来源条件 (三)水源条件,项目研究的现状及国内外动态,但是,泥石流沟内的植被条件及人类工程活动均只能通过强化或弱化泥石流形成的三个基本因子来体现对泥石流的影响。,崩滑流物源,采矿弃渣及尾矿库,三、泥石流模型 20世纪90年代前,宾汉体模型、膨胀体模型、粘塑体模型、颗粒流模型和两相流模型是多年来进行粘性泥石流和稀性泥石流研究过程中主要采用的力学模型. 1、宾汉体模型: =B+adu/dy (1) 式中,切应力(kPa); B屈服应力(kPa); a刚度系数; du/dy剪切速率.B和a由流变试验
7、确定,由一定数量的粒径D 0.01mm的粘粒决定。无粘性的粗颗粒通常不会增大B,但却可增大a.,项目研究的现状及国内外动态,2、膨胀体模型:将泥石流体视为膨胀体,其主要依据是Bagnold对高浓度粗颗粒中性悬浮液在同心圆筒间所作的剪切试验,即 Pyy=aiP(D)2(du/dy)2cos (2) Pxy=Pyytg(2a) 式中,Pyy,Pxy颗粒间碰撞产生的正应力和切应力(亦称离散应力); Ai试验常数;P颗粒浓度; D颗粒粒径;颗粒间动内摩擦角; 颗粒线浓度.在颗粒惯性区内,粒间碰撞作用占优势,可忽略粒间流体的粘性作用;颗粒惯性区外称颗粒粘性区,粒间流体的粘性作用占优势,颗粒增大了悬浮液的
8、有效粘性,应力与剪切速率呈线性关系.,3、粘塑体模型: 将泥石流体视为粘塑性体,其剪切粘塑性泥石流流变模型为 Pxy=Scos+Psin+1(du/dy) (3) Pyy=-P+2(du/dy) (4) 式中,Pyy、Pxy正应力和切应力;S凝聚力; 内摩擦角;P压力;1,2泥石流体的稠度指标和横向稠度指标;流变指标。 对均匀颗粒而言,S和均为常数.屈服应力(Scos+Psin)随着颗粒浓度的增大而加大,流变指标一般为1 2.,4、颗粒流模型: 将泥石流体概化为颗粒流,以粒间碰撞作用为主,忽略粒间气、水的作用.颗粒流的应力为: P=Pf+Pd+Pc (5) 式中,P总应力;Pf摩擦应力; Pd
9、弥散应力;Pc碰撞应力. 对极慢速运动的高浓度颗粒流而言,Pf占主导地位,Pd和Pc可忽略不计.而对快速运动的颗粒流,情况则相反,但其中Pd和Pc的消长关系主要视颗粒浓度不同而定,颗粒浓度较低时(C0.04),Pd为主,可忽略Pc;而颗粒浓度较高时(C0.35),Pc为主,可忽略Pd;颗粒浓度0.04C0.35时,Pd和Pc的影响处于同样的数量级.,5、两相流模型:将泥石流体概化为固相和液相,前者为粒径较大的沙和块石,后者为由细颗粒与水混合形成的均质浆体.据此将泥石流体内的作用力简化为固相和液相、固相颗粒间的作用力.组成液相和固相的临界颗粒粒径界限判别式有下述式子 vI (6) K0v* (7
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