青海某砂砾石类泥石流起动机制及危险性研究

发布时间：2020-05-06 23:49

【摘要】：青海省是我国受地质灾害影响较为严重的省份之一,其中泥石流灾害尤甚,在众多不同类型泥石流灾害当中发育着一种极为特殊的泥石流,与普通泥石流灾害最大的区别在于组成此类泥石流的物源和潜在物源全为砂砾石土,可称为砂砾石类泥石流,其主要发育在青海省广泛分布的第四系中下更系统弱胶结砂砾石地层中。受其物源特殊性质的影响,泥石流在发育特征和成因机制等方面有着较为鲜明的特点,而当前鲜有系统的针对此类泥石流灾害的研究。论文以青海省某乡镇内黄河左岸中下更新统砂砾石地层内发育的3条砂砾石类泥石流沟为研究对象,在查明三条泥石流发育背景的基础上,通过详细的实地调查,分析砂砾石类泥石流形成的地形条件、物源条件、水源条件,总结此类泥石流的流域特征、冲淤特征、堆积物特征、动力学等特征,研究此类泥石流不同储存方式物源的起动机制;针对2016年8月份泥石流发生时1#沟和3#沟影响了前方公路、植被、农田等基础设施的实际情况,基于FLO-2D模拟软件,研究其运动与堆积过程,并以此预测不同降雨频率下泥石流堆积范围,运用数学方法定量分析泥石流沟的危险性,最后提出防治措施建议。得到的主要认识如下:(1)查明研究区孕育砂砾石类泥石流的地层为第四系泥钙质弱胶结砂砾石层,地层具有砾石含量高,透水性较强,干燥时坚硬,抗风化能力弱,遇水易软化,并在其表面产生小规模崩解等特性。(2)以研究区发育的三条砂砾石类泥石流为例,总结分析砂砾石类泥石流的地形条件、物源条件与水源条件。结果表明,虽砂砾石类泥石流沟谷宽缓(纵比降多在100‰~150‰,沟床宽度多在25m~35m)沟谷形态以“U”型谷为主,但强烈切割的流域地貌有利于物源的产生,两岸众多支沟后缘发育的“漏斗状”地形有利于降雨的汇集;物源全部由砂砾石层经风化、搬运形成的松散砂砾石土组成,储量丰富,沟床堆积物源约占物源总量的3/4,且稳定性差,动储量约占40%;诱发降雨呈现集中、短历时、强度大的特征。(3)分析了砂砾石类泥石流的分区、冲淤、堆积物、动力学等发育特征。结果表砂砾石类泥石流形成区和流通区合为一体,同时起着产源、泥石流运动和流域汇水的作用;主沟和支沟分布大量松散物源,淤积特征明显,局部沟床堆积体表面下切严重形成沟槽,表明沟床堆积体有再次起动的可能,沟脑溯源侵蚀严重,是流域呈“长叶型”主要原因;堆积体呈多期次分布,其中较大规模的泥石流覆盖在老堆积体上,而较小规模水石流或洪流累次冲刷老堆积体形成沟槽。堆积物和流域砂砾石地层颗粒和粒径组成相似,通过颗分、比重实验计算3条沟泥石流容重均在1.5 t/m~3左右,属于稀性泥石流;计算了发生在2016年8月的一次泥石流各条沟的流速分别为1.29m/s,1.39 m/s,1.41m/s,流量分别为7.04 m~3/s,1.66 m~3/s,7.47 m~3/s,冲击力分别为3.63 kPa,3.92 kPa,4.13 kPa,确定了此次暴发规模为20年一遇。(4)研究砂砾石类泥石流起动及形成机制。其中前期降雨使砂砾石土物源含水量增大,力学性质降低,短历时强降雨下坡面物源迅速饱和破坏堆积于支沟沟床,最终流域汇水形成的洪流对支沟及主沟沟床堆积体物源冲刷、揭底,含沙量不断增大,泥石流形成。以高桥保堆积体起动模型为基础,结合水力学与渗流力学理论,分析了沟床物源破坏起动的力学机制,指出其沟床物源是在地下径流的渗透力和地表径流的拖拽力作用下破坏,得到堆积体起动所需地表径流平均流速的理论值。(5)对研究区存在威胁对象的1#和3#泥石流进行危险范围预测和危险度评价。运用Flo2d数值模拟软件,计算泥石流沟不同降雨频率下的运动与堆积过程,结果表明砂砾石类泥石流总体呈现出流动速度小、堆积范围广、堆积深度小的特点,确定了100年,50年,20年和10年一遇降雨条件下的泥石流堆积范围,将模拟结果和实际结果对比,验证模拟结果合理;依据砂砾石类泥石流发育特征和形成机制,选取流域面积、主沟比降、主沟长度等9个影响因子为泥石流危险性评价的基础,运用模糊层次数学法(AHP-FUZZY)进行危险度评价,结果显示两条沟均为中度危险,和刘希林评价结果与现场调查结果一致。
【图文】：

技术路线图

水文气象特征

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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P642.23

【参考文献】