1、暴雨泥石流活动、危险性评估及其防治 第一部分 暴雨泥石流活动 一 、 暴雨泥石流的基本概念和实用分类 暴雨泥石流是汛期中降落在山区河流流域内和山地坡面上的暴雨而形成的一种极不均匀、极不稳定的水、沙混合输移的自然现象之一。暴雨泥石流形成过程框图见图 11 。 降雨流域环境松散堆积物 （ 人为的 、 自然 的 ）植被 地形 分散补给 集中补给洪水汇流（QB） 泥沙汇流（QH）B河沟或坡面QB QH QCrc 1.3tf/m3洪 水 块体运动 滑 崩 坡 塌 洪水淘蚀 rc 1.3tf/m3 泥石流 图 11 暴雨泥石流形成过程框图 暴雨作用在流域内、山坡坡面上，将产生两种汇流，一是汇水，二是 汇沙
2、。 汇沙是在流域内、山坡坡面上的自然的或人为的松散固体物质 （泥、沙、石块、树木等），因水流作用失稳后参加汇流过程的简称。降落在流域内的水体导致固体物质失稳、输移的过程存在三种情况：一部份水体进入地表以下形成地下径流，进入地下的水体可以使土体结构软化 ( C、 值降低) 而导致坡面上土体结构性失稳形成滑坡或斜坡破坏，这类泥沙补给具有集团补给性质；另一部份水体则形成地表径流沿地表汇入沟槽，由于雨滴和地表径流的作用使地表部份不稳定的松散固体物质 （泥、沙、石块、树木等）同时参与汇流过程，其补给性质既有分散补给性质的，也有集团补给性质的；第三部份水体则是由于沟槽中的水流对沟底和沟槽两岸松散堆积体的掏
3、蚀而形成的固体物质 （泥、沙、石块、树木等）补给，其补给性质既有分散补给性质的，也有集团补给性质的。因为松散固体物源的位置、类型、粒度、物理化学性质和一次补给量的多少等具有很大的随机性和不均匀性，故在流域内、坡面上这样两种不同物质 （水和泥沙）在共同的流动空间内的汇流和混合过程是十分复杂的。混合后形成的二相流体，当含沙量超过某一限值后，因其流动特性的变化而成为一种特殊的洪流，它既不同于洪水，也不同于滑坡而称为泥石流。 现行泥石流分类方法很多，专家们从不同的角度耒认知泥石流，既有深度，也有广度。1从现场生产应用准确和方便考虑，多采用按流动的边界分为两类： 流路沿沟谷流动的称为沟谷型泥石流；形成在
4、坡面上且顺坡面流动，又无固定流路的称为坡面泥石流。二者特点见表 11 。 表 11 坡面型、沟谷型泥石流活动的识别 坡面型泥石流 沟谷型泥石流 1. 无恒定地域与明显沟槽，只有活动周界。 2. 活动规模小，限于 30以上斜面，破坏机制更接近于坍滑。 3. 发生时、空不易识别，成灾规模及损失范围小。 4. 坡面土体失稳，主要是有压地下水作用和后续强暴雨诱发。暴雨过程中的狂风可能造成林、灌木拔起、倾倒，使坡面局部破坏。 5. 总量小，重现期长，无后续性，无重复性。 6. 在同一斜坡面上可以多处发生，成梳状排列，顶缘距山脊线有一定范围 7. 可知性低、防范难 1. 以流域为周界，受一定的沟谷制约。
5、2. 以沟槽为中心，活动规模大，由洪水、泥沙两种汇流形成，更接近于洪水。 3. 发生时空有一定规律性，可识别，成灾规模大、损失大。 4. 主要是暴雨的冲蚀作用和汇流水体的冲蚀作用。 5. 总量大，重现期短，有后续性，能重复发生。 6. 列入流域防灾整治范围。 7. 有一定的可知性，可防范。 沟谷型泥石流按物质组成分为：泥流、泥石流、水石流三种，现场可操作性强、失误率低。分类的主要技术指标见表 12 表 12 泥流型、水石型、泥石型识别条件 分类指 标 泥流 泥石流 水石( 沙 )流 容 重 1.60tf/m31.30tf/m31.30tf/m3物质组 成 粉沙、粘粒为主粒度均匀，98 2.0m
6、m 各级粒度，粒度很不均匀，而水沙流较均匀 流体属 性 多为非牛顿体， 有粘性 多为非牛顿体，少部分也可以是非牛顿体。有粘性的、也有无粘性。 为牛顿体，无粘性 残留表 观 有浓泥浆残留 表面不干净，表面有泥浆残留 表面较干净，无泥浆残留 沟槽坡 度 较缓 较陡(10 5.71o) 较陡（10） 分 布地 域 多集中分布在黄土及火山灰地区。 广见于各类地质体地区及堆积体中。 多见于花岗岩、火山岩、灰岩地区。 二、暴雨泥石流发生与否的综合判别式和易发程度的数量化综合评判方法 山区某一流域在降雨的作用下是否发生泥石流，这是一个极其复杂的问题。它是天上降雨作用于流域地表后，由于地表存在的大量不稳定的松
7、散体在水动力作用下失稳进入沟槽输2移而形成的特殊洪流。 1990 年我们曾根据铁路系统在成昆铁路北段、陇海铁路西段、青藏铁路东段三个泥石流预报观测试验区的试验资料及可能收集到的历史泥石流发生事件等资料基础上进行统计分析，把泥石流形成过程概化为天上降雨的水动力主动作用系统和地面接受降雨作用的被动应变系统（流域受水和地表的基本形态、流域内松散物源的存在状态、贮量和稳定状态、泥沙输移的沟槽条件） 。然后根据两系统诸活动性因素的作用机制，量级差别及在流域的空间位置的组合关系来确定其是否形成泥石流。从而建立了由暴雨条件函数 R 和流域环境动态函数 M 组成的泥石流发生与否的判别函数 Y： Y=R M 式
8、中： Y，泥石流发生与否的综合判别函数； 统计结果： Y 95 时发生泥石流的机率超过 85 ； Y25 时不发生泥石流的机率超过 83； Y25 95 时，介于泥石流发生与不发生之间，发生的机率约为 64； R降雨条件函数； M地面环境动态函数。 1 降雨条件函数的确定 降雨是形成泥石流的主要条件。形成泥石流的降雨有三种情况： 一 是有前期降雨的类型，多为大中尺度降雨过程，覆盖面广，历时长，多出现在我国东部和中部多雨地区。 二 是无前期降雨的类型，多属于中小尺度降雨过程；多出现在我国中部和西部地区。 三 是在高中山河谷地带，局地暴雨突出，历时短，强度大，迎风、背风面差别大等。 在选择反映降雨
9、条件的参数中选定： 有无前期降雨； 24 小时最大雨量（H24）； 1 小时最大雨量（H1）和 10 分钟最大雨量（H1/6）。 通过各试验区发生和未发生泥石流的观测资料分析，得到泥石流发生的降雨条件函数： +=)(6/16/1)(11)(2424DDDHHHHHHKR 式中：K 前期降雨量修正系数，无前期降雨时：K=1 ；有前期降雨时：K 1；但目前尚无可信的成果可供应用；现阶段可暂时假定：K=1.1 1.2； H2424 小时最大降雨量 mm H24（D） 该地区可能发生泥石流的 24 小时限界雨量 mm H11 小时最大降雨量 mm； H1（D） 该地区可能发生泥石流的 1 小时限界雨量
10、 mm； H1/610 分钟最大降雨量 mm； H1/6（D） 该地区可能发生泥石流的 10 分钟限界雨量 mm。 H24（D） 、 H1（D） 、 H1/6（D） 雨量限界值按全国各地年平均降雨量的四级分区（ 1200mm；1 200800mm ； 800400 mm； 400mm）分区点绘H24 H1和H1/6关系图( 见图 1 2)，得到泥石流发生的限界值见表 13 。 3图 1 2 降雨参数H24、H1、H1/6组合关系 根据统计综合分析结果： 当 R3.1 安全雨情 R3.1 可能发生泥石流的雨情 R=3.14.2 发生机率0.2 R=4.210 发生机率 0.20.8 R10 发生
11、机率0.8 表1 3 可能发生泥石流的 H24（D ） 、 H1（D ） 、 H1/6（D ） 、 H0（D ） 的限界值表 年均降雨分区 H2（D） H1（D） H1（D）H0（D） 代 表 地 区 1 200 100 40 12 70 浙江、福建、台湾、广东、广西、江西、湖南、湖北、安徽、京郊、辽东、及云南西部、西藏东南部等省山区 1 200800 60 20 10 35 四川、贵州、云南东部和中部、陕西南部、山西东部、内蒙古、黑龙江、吉林、辽西、冀北部、西部等省山区 800500 30 15 6 20 陕西北部、甘肃、内蒙古、宁夏、山西、新疆部分、四川西北部、西藏等省山区 500 25
12、15 5 15 青海、新疆、西藏及甘肃、宁夏两省区的黄河以西地区 2、 泥石流易发程度数量化综合评判方法和流域环境动态函数的确定 流域环境动态函数是流域内众多与泥石流发生有关的活动性因素 (流域地表的基本形态、流域内松散物源的存在状态、贮量和稳定状态、泥沙输移的沟槽条件等) 受暴雨或其它水动力因素作用后动态变化的综合函数。在众多的活动性因素中通过专家评选和统计分析，选择了不良地质发育程度等 15 项参数作为基本因素，并按权重大小排序，每项因素均按易发程度( 极易发、中等程度易发、轻度易发) 和不发生等四级量化，编制成泥石流易发程度和流域环境动态因素综合分级评判表见表 1 4。 易发程度的综合讨
13、评判标准： N 114 分以上的属于极易发； 114N 84 中度易 发； 84N 44 轻度易发； N 44 不会发生泥石流。 流域环境动态函数稳定性判别标准： M 11.00 很不稳定 ； 11.00M 8.20 不稳定； 8.20M 3.50 基本定稳定； M 3.50 稳定。 4表 1 4 泥石流易发程度和流域环境动态因数综合分级评判表 量 级 划 分 序 号 影 响 因 素 极易发 (严重) A N M 中 等易发 (中 ) B NM轻 度易发 (轻 ) CNM 不易发生 D NM1 崩塌、滑坡及水土流失（自然为人为的）的严重程度 崩塌、滑坡等重力侵蚀严重，多深层滑坡和大型崩塌，冲沟
14、十分发育 21 4.62 崩塌、滑坡发育，多浅层滑坡和中小型崩塌，有零星植被覆盖冲沟发育 16 3.52有少量崩塌、滑坡和冲沟12 2.64 无或有零星崩塌、滑坡、冲沟 10.222 泥沙沿程补给长度（% ） 60 16 2.40 6030 12 1.80 3010 8 1.20 10 10.153 沟口泥石流堆积活动程度 大河河形弯曲或堵塞，大河主流受 挤压偏移 14 0.14 大河河形无较大变化，仅大河主流受迫偏移 11 0.11大河河形无变化，主流在高水偏，低水不偏 7 0.07 无河型变化、主流不偏 10.014 河沟纵坡（ ） 12 （213） 12 2.40 126 （213105
15、）91.8063 （10552）6 1.20 3 （52） 10.205 区域构造影响程度 强抬升区，受构造影响大，断层破碎带上、 震级7.5 9 0.09 抬升区，受构造影响中等，有中小支断层震级=7.5 570.07相对稳定区，受构造影响较小，有小断层、震级100) 表 32 泥石流容重等便查表 评分 容重rC1+rH=2.65 /(1+ ) 评分容重rC1+rH=2.65 /(1+ ) 评分容重rC1+rH=2.65 /(1+ ) 44 1.300 1.223 0.182 73 1.502 1.459 0.315 102 1.703 1.765 0.433 45 1.307 1.131
16、0.188 74 1.509 1.467 0.318 103 1.710 1.778 0.438 46 1.314 1.239 0.193 75 1.516 1.475 0.322 104 1.717 1.791 0.442 47 1.321 1.247 0.196 76 1.523 1.483 0.326 105 1.724 1.804 0.446 48 1.328 1.256 0.204 77 1.530 1.492 0.330 106 1.731 1.817 0.450 49 1.335 1.264 0.209 78 1.537 1.500 0.333 107 1.738 1.830 0
17、.454 50 1.342 1.272 0.214 79 1.544 1.508 0.337 108 1.745 1.842 0.457 51 1.349 1.280 0.219 80 1.551 1.516 0.340 109 1.752 1.855 0.461 52 1.356 1.288 0.224 81 1.558 1.524 0.344 110 1.759 1.868 0.465 53 1.363 1.296 0.228 82 1.565 1.532 0.347 111 1.766 1.881 0.468 54 1.370 1.304 0.233 83 1.572 1.540 0.3
18、51 112 1.772 1.894 0.472 55 1.377 1.313 0.238 74 1.579 1.549 0.354 113 1.779 1.907 0.476 56 1.384 1.321 0.243 85 1.586 1.557 0.358 114 1.786 1.919 0.479 57 1.391 1.329 0.248 86 1.593 1.565 0.361 115 1.793 1.932 0.482 58 1.398 1.337 0.252 87 1.600 1.577 0.366 116 1.800 1.945 0.486 59 1.405 1.345 0.25
19、7 88 1.607 1.586 0.369 117 1.843 2.208 0.547 60 1.412 1.353 0.261 89 1.614 1.599 0.375 118 1.886 2.471 0.597 61 1.419 1.361 0.265 90 1.621 1.611 0.379 119 1.929 2.735 0.634 62 1.426 1.370 0.270 91 1.628 1.624 0.384 120 1.971 2.998 0.666 63 1.433 1.378 0.274 92 1.634 1.637 0.389 121 2.014 3.216 0.689
20、 64 1.440 1.386 0.278 93 1.641 1.650 0.394 122 2.057 3.524 0.716 65 1.447 1.394 0.283 94 1.648 1.663 0.400 123 2.100 3.788 0.736 66 1.453 1.402 0.288 95 1.655 1.676 0.403 124 2.143 4.051 0.753 67 1.460 1.410 0.291 96 1.662 1.688 0.408 125 2.186 4.314 0.768 68 1.467 1.418 0.295 97 1.669 1.701 0.412 1
21、26 2.229 4.577 0.782 69 1.474 1.426 0.299 98 1.676 1.714 0.417 127 2.271 4.840 0.793 70 1.481 1.435 0.303 99 1.683 1.727 0.421 128 2.314 5.104 0.804 71 1.488 1.443 0.307 100 1.690 1.740 0.525 129 2.357 5.367 0.814 72 1.495 1.451 0.311 101 1.697 1.753 0.430 130 2.400 5.630 0.822 (5) 泥石流流速： VC= KC VB=
22、1/(rBH +1)1/2 1/n H2/3 I1/2(6) 泥石流流态见表33 表 33 泥石流流态判别表 强紊流型 弱紊流型 层流型 Fr=V2/gH1 Fr1Fr50 年 二、流域防灾综合规划 典型泥石流沟分区段工程整治原则及防治方法等综合分析参见表 35 。 表 35 典型泥石流沟分区段防治综合分析表 形成区 流通区 堆积区 下游大河区 泥砂来源 上游河道来砂（输砂），一般坡面侵蚀，沟床纵横向切蚀（沟槽物质再搬运）山坡、岸坡、不稳定松散体失稳 上游河道来砂（输砂），坡面侵蚀，沟床纵横向切蚀，山坡、岩坡不稳定，松散体失稳 上游河道来砂（输砂）河床纵横向切蚀，不稳定岩坡失稳 上游河道来砂（
23、输砂） ，河床纵横向切蚀，不稳定河岸失稳 补给 方式 再搬运、崩坍、滑坡、泥石流、坡面侵蚀、堤坝溃决 再搬运、崩坍、滑坡、泥石流、坡面侵蚀、堤坝溃决 再搬运、崩坍、堤坝、溃决 再搬运 动力 特征 gHVFr2=势能大，沙多，能量转换快，流路不稳定，处于高速急流区输沙能力大 势能大，沙多，能量转换快，流路较稳定，处于高速急流区，输沙能力大势能从山口向扇缘递减，能量转换快，流路不稳定，处于急流区，输沙能力变小 水量大，流路较稳定、多处于急流区，一次过程输沙能力比支沟小，长时间输沙能力比支沟大 容重变化 不稳定，随泥沙汇入量的变化而变化， rc变化大 较稳定rc变化不大 不稳定，随泥沙减少而降低，r
24、c变化大 rc1.3tf/m3河型变化 平面形态较稳定，流路不固定，纵横向变化较大，多先冲后淤，冲淤变化都很强烈 平面形态较稳定，流路固定，纵横向变化不大，冲淤变化不大 平面形态不稳定，流路不固定，纵向变化小，以横向扩展为主，以泛滥散流淤积为主，淤积速度向扇缘递减，扇缘末端有时出现再侵蚀 平面形态稳定流路基本固定，主流不稳定，常切割扇缘，带走扇缘泥石流堆积物，支沟沟口地貌发育趋势与大河洪水组合关系密切，且受地区抬升或沉降控制 主要灾害形式 山体及河岸崩坍、滑坡发育冲毁堤坝或淤埋设施 沟岸有崩坍、滑坡、常冲毁堤坝等建筑物 淤埋、泛滥、尾端再侵蚀 冲淤交替发展，冲毁堤岸等 防治原则 治山、治沟、稳
25、坡、稳谷、减少和防止崩坍、滑坡、减少泥沙入沟、滞缓暴雨汇流速度和沟槽汇流集中程度以减势 治山、治沟、稳坡、稳谷、防堵塞、提高泥沙搬运能力 减沙、增势，提高泥沙搬运能力尽可能将泥沙排入大河，重点保护山口居民聚集区和工农业活跃区 增大扇缘切割能力，降低支沟侵蚀基准面，增大泥沙输入大河能力 防治重点 以防治产砂为主，治理形成区内不稳定的岩坡、松散堆积体，最大限度减少和控制入沟沙量 以排砂为主，稳定流路，控制下泄沙量和输沙粒径 以防淤和防泛滥为主，控制堆积扇危险区范围，在有条件地区实施停淤减砂 加大扇缘切割和排沙能力，确保河形无大变化 防治方法及常用 工程措施 封山育林，25 以上陡坡地区退耕还林，科
26、学规划集排水系统，坡面治理工程，沟谷稳坡稳谷治理工程，低坝群（实体坝）护底护岸工程 拦挡工程 格栅坝（水石型、泥石型） 实体坝（泥流地区）淤地坝（泥流地区）护底、护岸工程、导流工程 导流工程、排导工程、护底、护岸工程、停淤场、缓冲林带、集流归槽 挑流、导流工程，使主流稳定在扇缘一侧 20泥石流活动和危害是全流域多因素综合作用的结果，由于生产、生活设施在流域中的位置不同，不同河段的沟槽形态、泥石流特性和运动特征不同，以及所在地区的社会经济和环境等要素的差异，因而在防治原则、防治重点和防治方法上便会存在很多差异。 以流域为单元的综合防灾整治规划，就是要求通过对流域内外诸活动性因素进行系统调查、全面
27、分析、减少防灾整治规划中局部和全部关系的矛盾，使泥石流活动的时空关系，建筑物的空间特点和抗灾能力等进行优化组合，保证各项防灾设施能适时地充分发挥其工程效益并实现总体效益最大的期望值。从而减少防治工程总量，降低投资，使灾源得到治理，把灾害减少到最小、最少。要做好这项工作，在处理避让与防治的关系时，应该避让优先；在处理生态与环保的关系时，应该环保优先；在处理治理与开发的关系时，应该治理优先；在处理软防治与硬防治相结合的关系时，应该软防治优先。 从泥沙输移的角度看，泥石流沟实际来沙量远远超过河沟的允许输沙量，因此，泥石流在运动过程中，流路和河沟形态将随容重、沟宽、沟床阻抗条件发生变化而出现冲刷或淤积
28、和流路的变化。堵塞、溃决和冲刷或淤积等灾害性情况，常给建设物造成危害。泥石流沟工程防治的核心之一是在上游河段治山治水，修建各种拦档护岸工程，设法降低泥石流运动的能量（减势）和减少泥沙来量（减沙），把泥石流的能量和来沙量控制在下游河道排水排沙的安全、允许范围值之内。另一方面在桥下或建筑物附近修建排导工程，护岸、护墩等，提高泄水、排沙能力和建筑物抗灾能力。流域整治规划是通过系列的工程措施，把有害的能量和多余的沙量降下来，使整治后泥石流运动的能量降低到建筑物可能抗御的范围内；使输向下游的泥沙量小于或等于整治后河道具有的平均输沙量，确保一方平安。工程整治过程效益概化图参见图 32 图 3 2 工程整治
29、过程效益概化图 防治建筑物的设计标准宜按泥石流发生频次中频或高频进行设计，以保证安全。拦沙坝淤沙库容根据拦蓄泥石流的平均的输沙总量选用，标准可按设计拦蓄次数计算。为了提高砂库寿命，充分利用天然河道的自然输沙能力，在泥石型和水石型泥石流地区（泥流型除外）采用穿透式结构是经济而合理的。 规划中还应包括根据防治建筑物的实施顺序，分阶段提出相应的防灾管理措施和建议。在进行工程概算的同时，对于投资效益应作经济效益和社会效益分析，把防治和流域经济开发结合起来，促进地区的经济繁荣和发展。 三、泥石流防治工程等级和设计标准 1 泥石流防治工程等级，根据国土资源部标准按受保护对象的重要性等级，受保护的人数和财产
30、总值和工程投资划分见表 36 21表 36 泥石流防治工程等级表 划分条件（符合一个条件即可） 工程等级 受保护的 人数（人） 受直接保护的财产 （万元） 工程总投资 （万元） 受保护的对象 特大型 1000 20000 2000 大城市、国家级厂、矿、工程建设、水陆交通枢纽和干线、地质遗迹和旅游区，以及国家级国土开发和社会经济发展项目。 大型 100-1000 10000-20000 500-2000 中等城市、省级厂、矿、工程建设、水陆交通枢纽和干线、地质遗迹和旅游区，以及省级国土开发和社会经济发展项目 中型 10-100 1000-10000 100-500 小城镇和居民点，县级厂、矿、
31、工程建筑、水陆交通枢纽和干线等 小型 10 1000 100 农田、村庄、村、乡级企业 2 泥石流防治工程设计标准，根据泥石流活动规模和危险程度等级规定见表 37 表 37 泥石流防治工程设计标准 危险程度等级 活动规模 危险程度 设计标准或 泥石流发生频率 工程等级 极高 很高 中等 很小 巨型 大型 中型 小型特大型 100 高频50 高频25 中频10 中频100 高频50 高频 25 中频 10 中频大型 50 高频25 中频10 中频5 低频50 高频25 中频 10 中频 5 低频中型 25 中频10 中频5 低频3 低频25 中频10 中频 5 低频 3 低频小型 10 中频5
32、低频3 低频3 低频10 中频5 低频 3 低频 3 低频 泥石流防治建筑物的设计标准：泥石流动力如此之大，要确保防治建筑物的安全，谋求保证率达到 50 或 100 年一遇的标准是很困难的，国家基建投资控制也是很难通过的。从技术上讲难度也很大，因为目前我国各地区众多的泥石流沟，绝大多数是没有观测资料的，少部份泥石流沟的专业观测站分布地域很不均匀，数量也很少，绝大多数观测系列也都很短，因此代表性存疑。有人用 100 年一遇的暴雨来代替 100年一遇的泥石流这是错误的，因为泥石流的形成过程存在汇水、汇沙两个汇流过程，100 年一遇的暴雨会产生 100 年一遇的汇水，但 100 年一遇的暴雨则不一定
33、会产生100 年一遇的汇沙，而形成 100 年一遇的泥石流。如何计算泥石流的设计频率？目前尚无可供应用的成果。因此目前以泥石流发生的频率作为设计标准较为适宜。 为满足设计安全、可靠的需要，有关参数如：雨强、容重、流量等可按平均值进行设计，用最大值进行校核。 3 不同设计阶段的设计内容见表 38 22表 38 不同设计阶段的重要设计内容和深度 可 研 阶 段 1 泥石流活动史、现状、发展趋势及危害。 2 实施防治的对象，防治的必要性和技术要求 3 防治工程技术的可行性、可靠性、经济合理性及社会经济、生态和环境效益4 依据的规程、规范及有关设计参数的计算和选用 5 推荐防治方案 初 设 阶 段 1
34、 按可研推荐的方案，进行各单元的分项设计（荷载组合分析、工况确定、强度及稳定性计算、安全通过能力检算、环境综合评价等） 2 论证和补充有关设计参数 3 概算编制 不 同 设 计 阶 段 的 主 要 工 作 内 容 施 设 阶 段 1 按批准的初步设计进行细部设计 2 详细阐述： 设计要求 施工条件 施工方法 施工机械 施工计划 施工监理 施工监测 施工管理 3编制预算 3 泥石流防治工程设计安全埋深和超高值按工程级别参见表 39 表 3 9 泥石流防治工程安全埋深、超高值表 工程级别 安全值 建筑物类别 特大 大 中 小 顺水建筑物安全超高（m ） 1.0 0.8 0.6 0.5 拦挡建筑物安
35、全超高（m ） 1.5 1.2 1.0 0.8 顺水建筑物安全埋深（m ） 2.0 1.5 1.2 1.0 拦挡建筑物安全埋深（m ） 2.5 2.0 1.5 1.2 4 泥石流防治工程设计说明的重要内容见表 310 表 310 泥石流防治工程设计说明的主要内容 1任务来源：立项报告、批准文件、资金来源 2自然条件及设计标准 场地自然条件及致灾因素；气象、水文、地质、人文活动 设计标准及设计参数 工程等级、设计标准、设计参数 3设计依据、设计原则及设计方案 设计依据：相关规范、设计条例、勘察及可行性研究报告 设计原则及方法：设计原则、危险度分析、工程类比、结构计算及稳定性参数 设计方案 4工程
36、布置（平纵剖面图） 工程总平面图及分项工程平面图和纵剖面图 主体工程、附属工程布置结构图和细部结构图 泥石流运动和工程效应流程图 5工程受力分析及结构设计 受力分析 结构设计 构造细部 泥石流防治工程设计说明的主要内容 6工程效益及造价 23四、常用防治建筑物类型及设计控制 1、常用泥石流防治建筑物类型见表 311 表 3 11 常用泥石流防治建筑的类型 序号 工程类别 功能 形式 1 拦挡 抑制泥沙发生、阻滞泥沙输移、减势 浆砌重力坝、干砌重力坝、土坝、混凝土坝、格栏坝（平面型、立体型）和浆砌块石格栏坝2 排导 通畅流路，定向输移 渡槽、排导沟、导流堤 3 绕避 知险见让，避重就轻平面绕避、
37、立面绕避（渡槽、明洞渡槽、高桥、大跨） 4 改建过流设施 增涵、扩涵、涵改桥、改线迁移 5 其他 防护堤、防护桩、门坎、停淤场、生物工程 2、 泥石流防治建筑物的设计控制见表 312 表 3 12 泥石流防治建筑物的设计控制表 设计控制 产沙、来沙量控制工程 输沙控制工程 1 流量控制 （拦蓄量和下排量） 拦挡工程 分流工程 排导工程、停淤场 产砂控制 拦挡工程、山坡工程 水保工程、护岸、护底工程 2 输砂量控制 （拦蓄和下排沙量） 输砂控制 拦挡工程 排导工程 停淤场工程 河道工程 3输砂粒径控制 拦挡工程 停淤场工程 4被保护对象的特殊安全要求 五、拦挡建筑物的设计 1 拦挡建筑物设计因建
38、筑物的功能和受力情况与水利部门的坝工设计不同，根据泥石流活动特点，拦挡建筑物设计要求见表 313 表 313 泥石流拦挡建筑的设计要求 1宜用低坝群、分段、分期治理的渐进治理模式 2重要设计参数的确定 泥石流易发程度、容重、流量、流速 域内松散物贮量、一次平均输砂量和最大输砂量 设计允许流量及允许平均输砂量和最大输砂量 自然状态下及设计允许平均输砂粒径和最大输砂粒径 多级坝数量分配 3坝位、坝型选择，溢流口、排水孔、副坝、坝下冲刷等水力计算 41 号坝应加大安全系数，最上游第 n 座坝应增加抗冲击能力措施 242 拦挡建筑的抗滑、抗倾安全系数见表 314 表 314 拦挡建筑物抗滑、抗倾安全系
39、数表 抗滑K 滑 抗倾K 倾设计 校核 设计 校核 工程 级别 工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 特大 1.25 1.20 1.15 1.10 1.60 1.50 1.40 1.30 大 1.20 1.15 1.10 1.08 1.50 1.40 1.30 1.20 中 1.15 1.10 1.08 1.06 1.40 1.30 1.20 1.10 小 1.10 1.00 1.06 1.04 1.30 1.20 1.10 1.08 注 工况 1：自重+ 坝前堆石压力 工况 2：自重+ 坝前堆石压力+ 动水压力 工况 3：自重+ 坝前堆石压力+ 冲击
40、力 工况 4：自重+ 坝前堆石压力+ 静水压力+ 压力 3重力式实体拦挡坝 （1 ）拦档建筑物的主要作用 A控制泥石流的强度拦截泥沙，降低泥石流的浓度，改变输沙条件，减少输沙粒径，调节输沙量，使泥沙输移形态由泥石流向水流输沙转化； B降低河床坡降，减缓泥石流运动速度并防止河道纵向侵蚀和横向侵蚀； C充分利用回淤效益、稳坡稳谷； D调整流向。 泥石流地区拦沙坝设计频率低、泥石流发生频次高，设计坝高和库容小，因此多用低坝群方案。淤满后根据需要可再继续加高，如宝兰段 K1412+910 泥石流沟上游分期建造了格拦坝 6 座，凤上线 K95+711 修建了拦沙坝 3 座，石太线 K71.2 前后共修建
41、拦沙坝 11 座，这些拦沙坝都收到了降低上游沟床坡降减缓泥石流运动速度、控制泥石流强度拦截泥沙的作用。 修建拦沙坝必须结合上游水保措施，使与库容有效期一致，对于深入流域内部形成区的拦沙坝与地方部门关系密切牵涉面广，需有地方政府的支持，方能收到最好的工程效益。 （2 ）拦挡建筑物的使用条件 A中上游或下游大河没有排沙或停淤的地形条件，必须控制上游产沙的河道； B流域来沙量大，沟内崩塌、滑坡体较多； C要求短期内生效的； D上游有一定的筑坝地形（较大的库容和狭窄的坝址）； E地方部门能协同治理。 拦沙坝破坏的原因很多，根据国内外一些拦沙坝的破坏调查结果见表 315 。 25表 315 拦沙坝破坏原
42、因调查 破坏部位 破坏数量 所占比例（% ） 原因分析 溢流口处 105 13 磨损、冲击 坝体两侧 126 16 施工不良 坝下冲刷 244 31 库容未满沙冲刷大于满沙后冲刷，清水下泄，下游侵蚀基准面下降 护坦破坏 164 20 副坝破坏 112 14 坝体裂缝 其它坝体倾倒 51 6 施工不良、设计不周 共计 803 100 其中属于坝体上破坏的问题只占有 35%，而坝下破坏问题（坝下冲刷、护坦破坏及副坝破坏）则占 65%，如宝兰段 K1441+398 工点，沟内修建坝高 8.5m 浆砌石坝三座，第一道坝便是毁于下游护坦破坏。为了改善拦沙坝下游工作条件，多采用子母坝。 （3 ）拦挡建筑物
43、的设计 各式实体重力坝的设计，因为设计频率低，拦蓄量小，工程标准低，目前尚无规范可循，可参照水电部门现行坝工设计规范进行（也可参照日本泥沙、泥石流、滑坡、崩塌防治工程手册）。 4 格拦坝 （1 ）格拦坝的发展 格拦坝是适用于泥石流地区的拦挡建筑之一。 它具有部分拦挡的功能，又兼有排导的作用，因此有别于实体坝，也不同于排导沟。 我国是使用格拦坝最早的国家之一，但以往缺乏理论上的概括，其优越性鲜为人们注意，因此建造的数量和形式都不多，铁路系统从 1922 年在石太线上建造第一座钢轨桩格拦坝以来，直到 70 年代末 50 余年间，只在陇海铁路华山地区增建了三座平面钢轨格拦坝。进入80 年代后，随着科
44、技进步对泥石流认识的深化和对防治工程作用和结构形式的探讨，格拦坝才被确认为较好的结构形式之一，以往在泥石流地区建造格拦坝发展缓慢的原因：一是受泥石流学科发展的缓慢的制约，其优越性尚未被人们所认识，习惯于采用将泥沙水体全部拦在坝体上游一侧的实体坝，没有把充分利用下游河道固有的排沙能力和防止下游清水冲刷作为设计因素之一考虑到坝体选型中去；二是格拦坝的坝体设计技术上无章可循；三是我国钢材短缺，以往土建工程工厂化生产多受运输和现场安装水平的限制。 （2 ）格拦坝的特点 格拦坝的特点之一：拦排兼容，变过去全拦为部分拦挡，允许一部分对下游不会造成危害的水体和泥沙通过坝体进入下游河道。坝体中预留的泄流和泄沙
45、断面的大小是根据下游河道输沙能力和最大通过粒径来设计的。这种坝体结构和管道上的节流阀功能相似，在泥石流运动过程中对流量、流体的组成结构进行人为的调节以满足下游安全的要求，实体坝拦截泥石流后，是让水沙全部在库区内堆积，然后下泄清水，这样河道的固有输沙能力由于筑坝后而发生变化。下泄清水为了满足输沙平衡要求将造成坝下冲刷，引起河道新的变形，甚至可能造成建筑物的新的危害。格拦坝的优越性就在于从下游河道的输沙能力出发，允许部分水沙下泄，维持下游河道输沙平衡，保护河道稳定。 26格拦坝的特点之二：坝前有选择的拦蓄。改变了上、下游堆积组构。小于格拦间隙的沙、石在坝前一定距离内甚少堆积，一次泥石流过程在石块间
46、不易形成紧密结构。坝前堆积的巨石孔隙大，作用坝体的水压力和土压力均比实体坝前小，从而改变了坝体的受力条件。由于格拦坝是一种穿透式结构，在承受泥石流龙头冲击作用时和实体坝相比也是二种不同的受力状态，实体坝所受的冲击力比格拦坝大。像在高层建筑的抗震工程中，为了减少冲击波的作用，通常的设计是在整个受力的壁面上预留消波的防震孔一样，降低冲击力的整体作用。从而诱使泥石流由灾害型向安全型转化。 格拦坝的特点之三：延长泥库寿命，充分发挥工程经济效益。 格拦坝的特点之四：可以实现工厂化生产。由于结构简单，现场组装方便，节省圬工量，施工周期短，铁路工务部门可供利用的废轨甚多，具备推广的基础。这种结构也可以用于抢
47、险应急工程。 （3 ）格拦坝的主要类型 格拦坝按结构受力型式可分为二大类即： 立体型格拦坝和平面型格拦坝。在这二大类坝型中还可以根据所用材料和格拦坝布设特征再分成各种类型，参见表 316 表 316 格拦坝类型 按结构类型分 按材质和结构类型分 各地建设情况 钢轨桁架型 大秦、兰新、兰青、襄渝、成昆 型钢桁架型 钢筋混凝土架型 已设计 立体型格拦坝 桩群型 石太、京通、平汝 钢轨箱格型 成昆 钢轨平面型 （包括横向或竖向与方格布杆） 大秦、成昆、青藏、兰新、陇海、襄渝、京通 钢筋混凝土杆件平面型 成昆（已设计） 平面型格拦坝 浆砌石缝隙型（包括排水洞型） 各线均有 1981 年以来在格拦坝开发
48、应用过程中，我国曾先后在兰青、大秦、青藏、兰新、襄渝等铁路干支线上建造了 16 座试验性格拦坝，开展了现场观测试验。试验坝型采用常用的平面型、人字型、立体型三种。格拦间隙设计了 0.26m、 0.3m、 0.57m、 0.97m、 1.3m 等数种，其中 70%已经受了大小不等的泥石流考验。 平面型格拦坝结构简单，受力较明确，各部分受力分析的准确度较高，因系平面结构，整体抗弯能力较差，抗泥石流的冲击力较低，坝高不太大，拦蓄量有限，一般多适用于流域小且泥石流规模不大的泥石流沟，这类平面型格栏坝国内较多采用，有无中支墩的，也有有中支墩的，坝高多在 8m 以下。中支墩及边墩多采用浆砌片石，也有采用钢筋混凝土或混凝土墩的，在我国南方砌石工艺较高的地方，也有采用浆砌块石缝隙坝。 立体型格拦坝能抗御较大的泥石流袭击，因为采用立体框架，受力整体性强，承载力比平面型坝大。同时坝体内部空框能拦截大量泥石流石块，形成自然坝体，增加稳定性，由于坝体内杆件布设密度将影响石块穿透能力，在相同的允许过坝粒径时，迎水面的间隙可以增大，这类坝体对大小泥石流沟均适用，能工厂化生产，施工速度快，坝高和净跨可以较大，国内设计净跨已达到 20m，已建成的最大坝高达 2
