抚顺县马圈子乡后沟泥石流易发程度数量化评判及治理工程设计

　　摘要：研究了抚顺马圈子乡后沟工程地质条件，在地形地貌、物源和水动力条件三方面基础上，从内在和外在两大影响因素分析了泥石流发生的原因，对泥石流各影响因子进行数量化评判，综合判定该泥石流沟易发程度属于中易发。在此基础上，治理工程建议采取设置谷坊拦截和在堆积区利用民房外墙设置排水沟疏导，同时对受危害严重的三户居民实施搬迁。另外，对治理工程进行了稳定性验算。
　　关键词：泥石流，数量化评判，治理，稳定性验算
　　0前言
　　2005年8月13日大雨，抚顺县马圈子乡后沟曾发生泥石流灾害，冲毁居民两间房屋，另有泥石混合物从一居民住宅屋内穿过。目前沟谷中仍分布有大量的松散堆积物，若遇久雨或大暴雨可能再次发生泥石流灾害，威胁下游居民生命财产安全，该泥石流沟是每年汛期县乡政府主要监测对象之一。
　　1工程地质条件
　　1.1地形地貌
　　工作区位于低山丘陵区，山脊呈西南向展布。形成区最高海拔412m，位于小山脊前缘，堆积区最低海拔338m，相对高差74m。山体自然坡度18~32°之间。区内山体大部分第四系残坡积覆盖，植被发育，高大乔木及草灌木丛生。
　　1.2地层岩性
　　工作区出露地层主要为新生界第四系上更新统地层和太古界混合花岗岩地层，两地层接触关系为角度不整合。第四系地层主要分布在山间谷地，坡洪积形成，覆盖层厚度3m，主要为褐黄色或棕黄色粘性土混沙碎石，砂砾粒径5~10cm，碎石含量为50～70％，成分以强风化花岗岩岩屑为主，磨圆度差，多呈棱角状，结构松散，受强降雨冲刷易水土流失。太古界混合花岗岩为肉红色，强风化，块状结构，坚硬岩，节理裂隙发育。
　　1.3地质构造
　　工作区位于下辽河断陷盆地与辽东隆起带交接处，地质构造比较复杂，区域断裂构造主要为呈北东向展布的寒岭——偏岭岩石圈断裂带，向南过渡到太子河复向斜。
　　1.4水文地质条件
　　工作区地下水类型主要为松散岩类孔隙水。
　　2泥石流发育特征及成因分析
　　2.1泥石流发育特征
　　抚顺马圈子乡后沟泥石流为典型的沟谷泥石流，沟后缘形成区为V型山谷，区内第四系松散堆积物厚度为2~3.5m，形成区中部有多处滑坡，形成了马刀林现象，主要组成为第四系松散堆积物及强风化花岗岩岩屑，这构成了泥石流的主要固体物源。
　　2.2成因分析
　　泥石流的形成主要从内在因素和外在因素两方面进行分析。其中地质环境条件是主要内在因素，雨水条件则是主要外在因素。泥石流的产生及规模的大小都与两者有着密切的联系，是两者综合作用的结果。
　　2.2.1地形地貌条件
　　（1）沟谷形态：沟谷断面呈V型，平均宽度40m左右，主沟两侧支沟发育。
　　（2）沟谷弯曲程度：马圈子乡后沟泥石流沟主沟有多处明显弯曲，受泥石流下冲和侧蚀作用，明显弯曲处凹侧松散层侵蚀强烈，造成马刀林现象。
　　（3）沟床纵坡降：泥石流邻近山脊海拔高度最高518.3m，山脊位于泥石流沟的后缘位置，沟口与山脊的相对高差174.3m，沟床纵坡降17°，该处地形高差和纵坡降有利于松散固体物质的堆积和泥石流的搬运。
　　（4）坡面坡度：泥石流形成区滑坡原始地形坡度均在25~35°左右，有利于松散物源的堆积和泥石流的形成。
　　2.2.2固体物质来源
　　泥石流固体物源有两个：一是形成区和流通区沟谷两侧的松散堆积层；二是形成区的两处滑坡体。马圈子乡后沟泥石流固体松散物质主要为低山丘陵区第四系覆盖层，其岩性为混粒砂夹杂少量粘性土，覆盖于肉红色强风化花岗岩之上，土体结构松散，与下伏岩体的粘聚力、胶结力差，易受水流冲刷。
　　2.2.3水动力条件
　　泥石流沟汇水面积共0.26km2。由于泥石流陡坡地形（10°~30°）所占比例较大，且主要分布于沟谷后缘，沟内汇流快，坡面流量大。
　　3泥石流易发程度数量化评判及危险性分级
　　3.1泥石流地质灾害易发程度数量化评判
　　由泥石流沟易发程度数量化评分表《泥石流地质灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220－2006）及现场情况对泥石流各影响因素进行逐一调查、判定打分，如表1所示：
　　表1泥石流沟易发程度数量化评判表
　　序号 影响因素 分项得分 总分
　　1 崩塌滑坡及水土流失(自然和人为的)的严重程度 16 97
　　2 泥沙沿程补给长度比(%) 12 
　　3 沟口泥石流堆积活动 11 
　　4 河沟纵坡(度，‰) 12 
　　5 区域构造影响程度 5 
　　6 流域植被覆盖率(%) 5 
　　7 河沟近期一次变幅(m) 4 
　　8 岩性影响 4 
　　9 沿沟松散物贮量(104m3/km2) 6 
　　10 沟岸山坡坡度(度，‰) 5 
　　11 产沙区沟槽断面 5 
　　12 产沙区松散物平均厚度 3 
　　13 流域面积 5 
　　14 流域相对高差 2 
　　15 河沟堵塞程度 2 
　　综合判定：抚顺马圈子乡后沟泥石流沟易发程度97分，中易发。
　　3.2泥石流地质灾害危险性分级
　　受强降雨影响，2005年8月13日，该处泥石流发生突然，历时短暂，惯性大，运动路径基本呈直进型。据现场勘查，形成区滑坡物质被输运，最远搬运距离350m左右，搬运过程中将沟两侧松散土层侵蚀，连同两侧植被、碎石、块石一起运走。搬运能力和破坏能力较大，块石直径最大0.8m左右。
　　根据危险区定义，泥石流主要威胁到房屋道路等，估算为18户居民及乡政府，共120人，房屋25间及乡政府三层小楼，道路200m。可能造成的直接经济损失约为330万元。
　　泥石流潜在危险程度根据威胁人数或可能造成的直接经济损失分为特大型、大型、中型和小型四级。
　　表2泥石流地质灾害危险性等级划分
　　潜在危险性等级 特大型 大型 中型 小型
　　直接威胁人数/人 ＞1000 500～1000 100～500 ＜100
　　直接经济损失/万元 ＞10000 10000～5000 5000～1000 ＜1000
　　潜在危险性等级的两项指标不在一个次级时，按从高原则确定灾度等级。
　　综合判定马圈子乡后沟泥石流地质灾害危害程度属中型。
　　4治理工程设计
　　4.1治理方案
　　根据马圈子乡后沟工程地质条件及泥石流灾害特点，治理工程建议采取流通区设置谷坊拦截和在堆积区利用民房外墙设置排水沟疏导。同时对受危害严重的三户居民实施搬迁。
　　4.2谷坊设置
　　设置谷坊横断面为梯形，迎水面采用坡度1：0.5的缓倾面，背水面坡度采用1：0.1的陡倾面，目的是利用上游淤积物重量以增加坝体的稳定性，减轻过流对坝体下游面的冲刷及磨蚀。坝顶宽2m，高4m，坝底宽4.4m，坝身设置泄水孔，间距1m。
　　谷坊的设计必须满足结构稳定性要求，结构稳定性包括抗滑稳定性和抗倾覆稳定性以及自身的内力验算三个方面。
　　（1）抗滑稳定性系数计算公式为：
　　式中：抗滑稳定安全系数，砌体与基础之间的摩擦系数，坝体自重，泥石流重，基底扬压力，水压力，淤积物侧压力。
　　（2）抗倾覆稳定性系数计算公式为：
　　重力力矩，泥石流重力矩，泥石流和水压力力矩，基底扬压力力矩。
　　（3）垂直正应力校核：要求最小正应力不出现负值；最大正应力小于地基允许承载力。
　　谷坊剖面稳定性计算如表3所示：
　　表3谷坊剖面稳定性计算表
　　荷载组合情况 计算值
　　受力情况 坝体自重(kN) 475.2
　　 泥石流重(kN) 256
　　 泥石流压力(kN) 96.64
　　 水压力(kN) 80
　　 基底扬压力(kN) 26.4
　　力矩 重力力矩(kN•m) 855.36
　　 泥石流重力矩(kN•m) 955.7
　　 泥石流和水压力力矩(kN•m) 588.8
　　 基底扬压力力矩(kN•m) 77.44
　　稳定性 抗滑稳定性系数Kc 2.39
　　 抗倾覆稳定性系数Ky 2.72
　　坝体应力值 最大正应力(KPa) 285.12
　　 最小正应力(KPa) 35.24
　　综上可得，谷坊稳定性验算符合要求。
　　4.3排水沟设置
　　地表汇水流量计算公式：
　　式中：—设计频率地表水汇流量（m3/s）；—径流系数；—设计降雨强度（mm/h）；—汇水面积（km2）；—流域汇流时间（h）；—降雨强度衰减系数。
　　排水沟断面面积验算按明渠均匀流计算公式计算：
　　式中：过水断面积；湿周；水力半径
　　谢才系数。
　　设计排水沟断面采用倒梯形，上部宽度2m，下底宽度0.6m，排水沟设计高度1.5m，断面面积1.95m2，满足设计流量要求。
　　4.4搬迁
　　建议对谷坊下游距离最近的两户居民和泥石流流通区内的一户居民进行搬迁。
　　5结论
　　1.抚顺县马圈子乡后沟泥石流为一种山区沟谷型稀性泥流。从泥石流固体松散物质堆积储量和泥石流灾害危害性等级划分分析，该泥石流属于中型。通过本次数量化评判法预测表明：该沟谷易发程度属于中易发，在一定条件下有可能再次发生泥石流灾害，可能威胁马圈子乡后沟沟口18户居民及马圈子乡政府，共120人330万元生命财产安全。
　　2.根据马圈子乡后沟工程地质条件及泥石流灾害特点，治理工程建议采取流通区设置谷坊拦截和在堆积区利用民房外墙设置排水沟疏导，同时对受危害严重的三户居民实施搬迁。
　　3.对设置的谷坊进行抗滑稳定性验算、抗倾稳定性验算和自身内力验算，均符合稳定性要求。
　　参考文献：
　　1.王继康，泥石流防治工程技术，中国铁道出版社，1996.
　　2.泥石流灾害防治工程设计规范（DZ/T0239—2004）
　　3.泥石流地质灾害防治工程勘查规范（DZ/T0220－2006）
　　4.辛彬，苏志满，徐林荣，枝柳线卓福隧道泥石流成灾特点及减灾对策，铁道建筑，2011.10
　　5.吴斌，徐建杰，雅沪高速公路舍克罗沟泥石流特征研究及其治理实践，公路交通科技，2011.8
　　6.何晓英，陈洪凯，刘虎队，昆明~嵩明高速公路后窗子坡面泥石流形成机制试验研究，公路，2011.7

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