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西藏自治区浪江公路泥石流形成条件与防治

2013-04-16孙文斌孙景龙

吉林地质 2013年4期
关键词:公路沿线堆积物沟谷

原 野,孙文斌,孙景龙,于 群

吉林省水文地质调查所, 吉林 长春 130012

由吉林省地质工程勘察院承担西藏自治区浪江公路(浪卡子—江孜)进行公路改扩建工程地质详细勘察,沿线泥石流较发育,92 km 路段上共有泥石流多达150 多处,其中有较大之处多达25 处,对浪江公路危害最大,每年雨季,特别是7、8、9 月,泥石流冲刷路基,淤埋路面,毁坏桥梁,淤塞涵洞,部分时间交通中断,严重影响人民正常的生产、生活活动,制约了该地区的边防建设,交通条件的改善、公路功能的发挥,对西藏经济发展极为不利。本文结合浪江公路改扩建工程的勘察对该段泥石流进行分析研究,并提出具体的工程治理措施。

1 泥石流的形成条件及特征

1.1 泥石流形成条件

泥石流为固液两相流体,形成过程极其复杂。泥石流的形成主要与流域、地形条件,固体物质来源及水源条件有关。

1.1.1 地形条件

浪江公路沿线前60 km 为深割的高地形地貌,这样的地形地貌使沟谷的上下段反差极大,最高处海拔为5 768.5 m,最低海拔3 500 m,沟长最长9 km,沟床平均坡为16%~25%。在上游泥石流的形成流通段,地形起伏大,岭谷高差悬殊,沟谷坡降大,谷坡陡峻,在出口处沟谷大多变窄,谷坡变陡,使得沟谷呈“U”字型,多数在出口上游为“V”型谷,沟岸崩塌现象普遍,为泥石流的活动源源不断地提供固体物流。沟谷到了下游堆积地段,由于地形平缓,与主河道相隔宽阔的河谷或冰积台地,而浪江公路大部沿河谷与冰积台地展布:公路上或河谷地区形成了串珠状和锥形泥石流堆积区。

1.1.2 泥石流的固体物源

泥石流是固液两流体,含有大量泥沙,碎块石,漂砾等固体物质是泥石流不同于水流或洪流的主要标志,松散固体物质的形成与地质背景条件及地质营力有关,泥石流的物源积累过程与不良地质现象是紧密联系的。

浪江公路沿线泥石流沟的流域范围内,松散堆积物按其成型主要包括:残坡积物、沟床堆积物、老泥石流堆积物、冰渍物及滑坡堆积物。对不同成因类型的泥石流按活动特点采用如下方法计算。

(a)V =S·L 该式适用于计算厚度较大,成面状分布的残坡积的物源量;

(b)V=∑Vi(i =1,2,3)该式适用于计算沟床松散固体物质物源量;

式中:V1=bh1/2(三角形断面);

V2=(a+b)h1/2(梯形断面);

V3=(a+b)h1(矩形断面)

(c)V =S·h,该式适用于计算沟岸两侧的垂直向上厚度大,横向宽度大的冰渍垄物源量,其中h=1/4kB(πB/180kβcosβ-1)。计算结果:沿线150 多处主要泥石流固体物源储量计算结果:残坡积物=(18.6~2189.4)×104m3,沟谷洪积=(8.6~286.4)×104m3,滑坡堆积物=(0.8~224.5)×104m3,总量(68.4~3787.5)×104m3。

计算结果表明,浪江公路沿线固体物源相当丰富,为形成泥石流提供了足量的固体源,截止我们勘察时,公路沿线一切有利于泥石流形成的地形、地质、生态条件并未改变,而且在今后相当长一段时间内,仅将朝着有利于泥石流形成的方向发展,所以浪江公路在改建后沿线泥石流仍将十分严重。

根据形成流通及松散物质的堆积特征,浪江公路沿线泥石流的补给方式主要由如下两种:

(1)崩塌补给,这里泥石流上游物源补给的主要方式,在上游由于沟谷的深度下切,沟床多处出露多极基岩跌坎,跌坎之间沟床纵坡18°~64°,局部平缓,谷坡前缘形成高数米至数十米的陡坡。陡坡地段残积物由于下水及地表水的作用,以及部分沟谷的冻融作用下形成坡体或相连崩滑群,表面又无植被或稀少,固体物质源源不断地进入沟道,呈滚雪球模式形成泥石流。

(2)径流侵蚀补给,沟床堆积物及靠近主沟两侧的松散堆积物,受径流的长期侵蚀作用,局部崩塌,滑坡等不良现象发育,在泥石流作用下,随着短时迳流量增加,侵蚀能力增强,使得这些松散固体物体被裹挟,从而参与泥石流的活动。

1.1.3 泥石流的水源条件

浪江公路沿线泥石流的水源主要为大气降水,其次为冰雪融水,大气降水是泥石流激发条件,冰雪融水则是构成沟道枯季迳流的主要水源。

(1)大气降水,大气降水主要集中在7、8、9三个月,降水量大,迳流量也较大,由于地形地貌的特点,就诱发泥石流的发生,所以浪江公路的泥石流主要在夏季,使公路时常中断。

(2)冰雪融水,在冬季降雪为浪江公路沿线降水的主要形式,冰雪大部分沿着上游松散坡面侵入地下,使松散固体物质长期处于含水或饱水状态,从而加剧了坡面的侵蚀。

1.2 泥石流特征

1.2.1 泥石流发育特征

受地形地貌等各种自然地理因素及地质环境因素控制,浪江公路沿线泥石流的发生具有其自身特点:受沿线地貌控制,泥石流的上段为较徒山坡,山地间的侵蚀冲沟,纵坡降很大,中段沟道较窄,纵坡较小;一出山口地形豁然开阔,沟道变宽,纵坡降小,受泥石流堆积影响,冲沟具有一定的摆动性,泥石流的发育多处于比较初级状态,物源区往往与径流冲刷还连在一起没有明显的流通区。

1.2.2 泥石流静力特征

(1)固体物源颗粒组成,浪江公路沿线泥石流固体物源成固类型主要有残坡积物、坡积物、沟谷台地堆积、沟床堆积几种,成因类型不同,物质组成颗粒差异性较大。在残积物中除去块石,角砾质量分数在50%~70%,砂粒及粉粒25%~30%,在冲积碎石质量分数在60%,角砾质量分数在30%,余为不同粒径砂土,无论什么成因在泥石流中粘粒质量分数都较少。

(2)泥石流堆积物颗粒组成,泥石流堆积物主要颗粒为碎石土,颗粒组成由于不同成因存在一定差异,除去块石,较大碎石外泥石流堆积物颗粒组成也不同,一般碎石在21.3%~65.5%之间,角砾在15 %~43.1%之间,砂粒在3.2%~36.3%之间,粉粒在0.04%~0.7%之间。从物质组成来看,浪江公路沿线泥石流堆积物中以粗粒(块石、碎石)组成为主,细粒为辅。

2 泥石流防治措施

2.1 生物措施

实施生物防治,是保持水土,削弱泥石流活动的基本条件,它是一种长期的有助于减缓泥石流形成,达到一定防御目的的治理手段,公路沿线属高寒地区,空气稀薄,植物生长缓慢,植被稀少,大部分岩土裸露,风化严重,特别是养殖业,过度放牧;在修建公路和其它人类工程活动又进一步加剧了生态环境的破坏,水土流失严重,为泥石流的形成提供了更加丰富的物源。生物防治主要方法是禁止乱砍滥伐,过渡放牧,保护植被,有计划的植树种草,固结表土,抑制水土流失,降低泥石流发生概率与规模。

2.2.2 工程措施

由于公路为一带状构造物,线长、面大、点多,沿线泥质流数量较多,规模较大,受建设资金限制,很难全部彻底根治,工程措施以排导、排挡为主,具体分为:①对于泥石流颗粒成分以块石为主,淤塞严重的干性泥石流,使路线尽量从泥石流沟谷处经过,修建大跨径桥梁直接跨过,上游辅以拦截设施。②对于泥石流颗粒成分以碎石为主,大部分能随泥石流一起冲走的稀性泥石流,由于路线上基本上都从沉积泥石流通过,泥石流排泻不畅导致冲毁淤埋道路。治理措施是修建中小桥、涵洞、上游拦截、下游排泻。

[1] 沈兴付,等.西藏泽曲边防公路石流灾害分析与防治[J]吉林大学学报(地球科学版),2004.

[2] GB50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

[3] JTGD63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

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