滑坡碎屑堆积体形成泥石流的实验研究

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泥石流是山区的典型地质灾害之一,具有较大的危害性。泥石流的发生由三个主要因子控制,物源、水源和地形条件,它的起动机理可以分为沟床起动型、溃决型等多种类型,其中一类是由于地震或强降雨等原因使沟道内产生滑坡并解体形成碎屑流堆积在沟道内产生了大量的松散固体物质,为泥石流的发生提供了更多的物源,使沟道的物源条件发生了重大变化。通过野外调查发现这类泥石流均为滑坡形成的碎屑流堆积在沟道内后在降雨作用下形成泥石流。如牛圈沟、文家沟、关岭大寨沟、马达岭沟等沟道由于滑坡产生的大量物源使沟道形成泥石流的物源条件发生根本改变,成为典型的泥石流沟。而碎屑堆积体的特征对形成泥石流所需水源条件有明显的影响。本文通过分析文家沟等滑坡碎屑堆积体的特征,采用实验分析影响碎屑堆积体形成泥石流的4个基本特征参数:表面坡度、粘粒含量、中值粒径和不均匀系数。通过实验模拟碎屑堆积体形成泥石流的过程,分析影响堆积体形成泥石流的各个因素与所需单宽流量的关系,根据各个因素与单宽流量的关系拟合出碎屑堆积体形成泥石流和揭底时的综合公式,研究碎屑堆积体特征与形成泥石流流量之间的关系,得出了以下结论:(1)滑坡碎屑堆积体为流域内发生较大滑坡并滑入沟道内解体形成碎屑流堆积在沟道内,形成大量的松散堆积体堆积在沟道内成为泥石流物源,这类沟道暴发泥石流的物源条件发生根本改变,沟道内聚集的大量碎屑堆积物使非泥石流沟直接转变为活跃型的泥石流沟,形成泥石流的主要影响因素为碎屑堆积体的特征。(2)通过对滑坡碎屑堆积体的分析,确定出可能影响碎屑堆积体形成泥石流的四个主要因素:粘粒含量(%)、中值粒径d50(mm)、不均匀系数Cu、堆积体表面坡度(。)。通过24次有效实验,分别分析了各个单一因素变量下碎屑堆积体形成泥石流与所需单宽流量的关系。分析结果表明:实验中设计的碎屑堆积体表面坡度对形成泥石流所需单宽流量无明显影响;粘粒含量在不大于5%时仅影响碎屑堆积体侵蚀,对碎屑堆积体揭底所需单宽流量无明显影响;影响碎屑堆积体形成泥石流所需单宽流量的因素主要为中值粒径d50和不均匀系数Cu。(3)通过8组实验测得了不同中值粒径的碎屑堆积体形成泥石流和揭底所需单宽流量,拟合了中值粒径d50与形成泥石流所需单宽流量的经验公式Q1=A1(d+1.262)和堆积体揭底所需单宽流量的经验公式Q2=A2(d+0.987)(Q1,Q2为单宽流量,A1,A2为系数,d为相对中值粒径)。(4)通过8组实验测得了不同不均匀系数的碎屑堆积体形成泥石流和揭底所需单宽流量,拟合了不均匀系数Cu与形成泥石流所需单宽流量的经验公式Q1=B1Cu0.211和堆积体揭底所需单宽流量的经验公式Q2=B2Cu0.237(Q1,Q2为单宽流量,B1,B2为系数,Cu为不均匀系数)。(5)根据两个单一因素与形成泥石流所需单宽流量的关系公式,拟合出碎屑堆积体关于中值粒径d50和不均匀系数Cu两个因素形成泥石流所需单宽流量综合经验公式:Q1=C1(Cu0.2d+1)和揭底所需单宽流量综合经验公式Q2=C2(Cu0.2d+1)(Q1,Q2为单宽流量,C1,C2为系数,Cu为不均匀系数,d为相对中值粒径)。(6)通过分析取样得到的牛圈沟和文家沟滑坡碎屑堆积体颗粒级配,采用野外实际中值粒径d50和不均匀系数Cu代入综合拟合公式计算碎屑堆积体形成泥石流和揭底所需单宽流量并分别与牛圈沟和文家沟发生泥石流对应水文计算得到的单宽流量进行对比验证,说明拟合公式能反映出中值粒径d50和不均匀系数Cu对碎屑堆积体的影响,虽然公式与实际水文计算值有一定出入,但整体趋势基本一致,具有一定的适用性和参考性。
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