殷万清
凉山州地质环境监测站，四川 凉山彝族自治州 615000
摘要：受强降水影响，雷波县老木沟泥石流区内崩塌滑坡灾害频发，形成泥石流的物源剧增，存在较严重的泥石流地质灾害隐患。本文从老木沟泥石流的自然地理环境概况、地质环境条件等方面入手，对泥石流的灾害历史及基本特征进行详细描述。在此基础上，对泥石流的特征值进行计算，为该处泥石流灾害的治理工程依据。
关键词：泥石流 工程地质条件 基本特征 治理工程
1.自然地理环境概况
老木沟泥石流位于雷波县大坪子乡五指山村三组，磨沟右岸。该泥石流沟从五指山村三组聚居区中穿过。勘查区距离雷波县城约62km,有通村公路到达五指山村，该公路在磨沟沟口与S307线相连，交通较为便利。
1.1气象
据雷波县气象站已有的观测资料统计，县境内年均降雨量较充沛，多年平均降雨量843.5mm，区内最大日降雨量为125.3mm，最大小时雨量达65.5mm，最大10分钟雨量达22.5mm。降雨在时间和空间上分布不均，降雨时间分布不均匀首先表现在各月平均降雨量上，其中每年4～10月降雨量占全年的90.3%，5～9月降雨量占全年的77.8%，且多大到暴雨。
根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》暴雨量等值线图，并查皮尔逊Ⅲ型曲线得到不同频率下模比系数并求得不同频率下的雨强值统计如表1。
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1.2水文
老木沟泥石流为磨沟右岸的一条冲沟，磨沟属溜筒河一级支流，为常年流水溪沟，勘察期间沟内水量较大，流量约为3.3m3/s。老木沟位于磨沟右岸，属一条季节性冲沟，据走访调查，老木沟仅在降雨期间有流水，其水量受降雨量控制。沟域内无水库、湖泊等地表水体。
2.区域地质环境条件
2.1 地形地貌
勘查区地形总体上呈南东高北西低，海拔840～1520m，属深切割构造侵蚀中山地貌。老木沟流域平面上呈树叶状，流域内地形陡峻，地形临空条件较发育，为沟域内崩塌、滑坡、不稳定斜坡等不良地质现象的发育提供了地形基础，亦为泥石流松散固体物源的汇集提供了有利条件。该区河流深切，谷壁陡峭，河谷呈“V”型谷，岸坡以陡坡地貌为主，一般坡度30°～60°，部分地段为70°～80°陡坎。岸坡植被不发育，上游段以乔木、灌木为主，中游及下游以耕地为主，间以较稀疏的花椒林地。
2.2 地层岩性
勘查区内出露地层主要为寒武系下统筇竹寺组和第四系松散堆积层。第四系松散堆积层按成因类型主要为残坡积（Q4el+dl）、泥石流堆积体（Q4sef）以及崩塌堆积（Q4col）。第四系残坡积物分布在斜坡中上部地带，覆盖在基岩之上，由角砾和碎块石组成，成份为砂岩和泥砂质灰岩等。厚度1m～5m不等。第四系崩塌堆积分布在谷坡中下部地带，主要以碎石、粉土组成，结构疏松。厚度1m～5m不等，该堆积物为坡面泥石流的形成提供了主要物源。第四系泥石流堆积物主要为泥石流搬运的角砾碎石、粉土组成，结构松散，成份为砂岩、灰岩等。堆积物厚度2m～5m，覆盖在冲洪积物之上。
寒武系下统筇竹寺组岩层为一套滨～浅海相砂页岩夹灰岩混合相沉积岩，上部为灰绿色、灰黑色页岩及钙质粉砂岩、泥岩、泥砂质灰岩，下部为黑色页岩夹粉砂岩及泥灰岩，其中灰岩具鲕状结构。与下伏地层呈平行不整合接触，岩层产状71～160°∠55°，岩体结构破碎，发育两组裂隙，L1：98～141°∠46～76°；L2：203～275°∠62～88°。
2.3 地质构造与地震
雷波县位于“川滇南北向构造带”与“四川省盆地新华夏系沉降带”交接地带，县域西部以南北向构造带为主，中部和东部则以北东向构造带为主，东部有少量南北向构造。勘查区位于司机坪背斜与莫红背斜之间，主要表现为短轴的褶皱构造，断裂不发育，背斜紧密而陡窄，向斜平缓而开阔。
根据《中国地震动参数区划图》，勘查区地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s。
2.4水文地质条件
勘查区地下水按赋存状态分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水二类。松散岩类孔隙水含水岩组主要是第四系各种堆积物组成，按地貌形态、堆积成因、物质成分、岩层结构不同，富水性分两级，磨沟主干河谷漫滩全新统砂砾卵石层含水层水量较丰富。老木沟中上游及危岩下方崩坡积等多为泥夹石，含水性一般，水量贫乏。基岩裂隙水赋存于钙质粉砂岩裂隙中，多在地形低洼处排泄，泉水出露较少，流量小。地下水主要补给来源为大气降水和冰雪融水。
3.泥石流主要特征
3.1灾害历史
据调查访问，老木沟泥石流首发于2009年，近年来又曾多次暴发，其中2009年与2011年7月12日暴发的泥石流较大。
2009年泥石流发生时，冲出的泥石流固体物质在形成区下游沟道内形成淤积，使形成区下游沟道变浅。该次泥石流影响范围0.0018km2，沟道淤埋长度189m，淤埋深度0.2m～0.6m不等,淤积固体物质方量约为0.02×104m3。2011年7月12日，该沟再次暴发泥石流灾害，由于形成区下游沟道为2009年泥石流淤埋后未及时疏导，导致此次泥石流在该段翻越沟道后顺坡而下，对下游聚居区沟道左侧的两处民房造成了损毁，同时对形成区下游沟道进一步形成淤埋，直接经济损失达20万，幸未造成人员伤亡。根据现场调查，估计该次冲出固体物质0.03×104m3。2011年后，老木沟泥石流又多次暴发，由于居民区后侧沟道被淤埋，泥石流在该段因不能归槽而形成漫流，直接冲击居民区，从而威胁当地村民的生命财产安全。
3.2物源条件
通过调查，该泥石流物源主要分布在坡面上。物源类型主要为：崩塌物源、坡面松散物溜滑、岸坡滑塌、沟道物源二次搬运及坡面侵蚀物源。据统计（表2），该泥石流物源总量为4.73×104m3，动物源1.43×104m3。
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3.3水动力条件
调查区内气候属亚热带山地立体气候，四季分明，垂直变化明显。据气象资料，区内短时雨强较大，且坡面坡度较大，沟床纵坡降较大，平均约477.3‰以上，使得其具有较大的水动力条件。
4.泥石流特征值计算
4.1流体重度
本文重度采用现场配浆法和查表法综合确定，其中配浆法测得泥石流重度为1.638t/m3，利用查表法得出泥石流重度为1.634t/m3，以上两种方法获得的泥石流流体重度基本相符。考虑到“现场配浆法”目击者本身专业水准低造成误差；查表法是在现状调查基础上带预测性的重度值结果，更宜作为泥石流设计的依据。综合分析后，建议采用查表法的统计结果作为治理工程设计参数，泥石流流体重度取1.634t/m3。
4.2 泥石流流速
根据现场访问、堆积体调查和泥石流重度计算，老木沟泥石流流体性质偏于稀性，因此采用铁二院稀性泥石流计算公式计算流速。西南地区（铁二院）计算公式：
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4.3泥石流流量计算
为满足泥石流勘查评价及防治工程设计的需要，本次在泥石流沟不同沟段、拟设治理工程部位等选择典型断面部位进行泥石流流量的计算。采用《四川省水文手册》推荐的推理公式由设计暴雨推求设计洪峰流量。当汇水面积F＜3km2时计算公式为：
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其中：QP—频率为P的暴雨洪水设计流量（m3／s）；Ψ—洪峰径流系数，取0.8；i —最大平均暴雨小时雨强（mm/h）；F—流域面积（km2）。根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》相关计算公式求得不同设计频率（1%，2%，5%，,10%）下最大10分钟雨强和最大小时雨强见表4。
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4.4 一次泥石流过流总量
一次泥石流过流总量按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：
Q=0.264TQC=KTQC （4）
其中：Q—泥石流一次过流总量（m3）；T—泥石流历时（s），泥石流历时按2011年泥石流有效历时约25分钟，即T=1500s；QC—泥石流峰值流量（m3/s），计算结果参见表6。
4.5 一次泥石流固体冲出物
一次泥石流固体物质冲出量按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：
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4.6 泥石流整体冲压力
按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：
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4.7 泥石流爬高和最大冲起高度
泥石流遇反坡，由于惯性作用，将沿直线前进的现象称为爬高；泥石流遇阻，其动能瞬间转化为势能，撞击处使泥浆及包裹的石块飞溅起来，称为泥石流的冲起。泥石流爬高和最大冲起高度按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：
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5.治理工程
通过现场调查与详细分析，针对威胁对象的主要特征和本灾害点的具体情况，针对泥石流的治理方案为：“归流堤+双侧防护堤”。
由于聚居区后侧泥石流沟两侧坡体堆积物结构松散，沟道淤埋严重，现有沟道已不明显，泥石流暴发时会以漫流 型式对下方居民区形成威胁。考虑到居民区段现有沟道较深，沟槽较宽。故方案一拟在居民区后侧坡体上修筑“八”字形归流堤，将坡面泥石流物质归入沟槽顺利通过居民区。由于居民区段沟道两侧地层为崩坡积碎块石土，岸坡较陡，又有一些杂草树木堆积于沟内，在泥石流的冲刷过程中易发生溜滑与阻扰，从而影响岸坡上方民房的安全，故在居民区段沟道两侧设置排导槽，对局部沟道进行清理，在使泥石流顺畅下泄的同时，防止泥石流物质对岸坡的掏蚀。
归流堤、排导槽高度根据20年一遇泥位高、泥石流爬高确定，并加上一定安全高度，其断面尺寸根据泥石流冲压力 ，基础埋深根据泥石流冲刷深度计算值加安全值综合确定，由此确定归流堤、防护堤尺寸如下：
一、归流堤
左、右岸归流堤长60m，顶宽0.5m，高1.5m~4.7m，堤底面设置成台阶状，迎水面坡比为1：0.3，背水面坡比1:0.2，基础埋深采用《堤防工程设计规范》的水流冲刷深度进行计算：
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式中hp为冲刷处水深（m），以设计水位代替；Vcp为挡土墙处流速；V允为允许不冲刷流速，拟设工程段为泥石流堆积碎块石土，厚度较大，取1.8 m/s ，n与工程在平面上的形状相关，一般取1/4。根据计算，B3段水流冲刷深度为0.93m，加上安全值0.5m，综合确定该段挡土墙基础埋深为1.50m。采用C15毛石混凝土浇筑，墙背不回填。
二、排导槽
排导槽长120m，为双侧堤，顶宽0.6m，高3m~4.9m，堤底面设置成台阶状，迎水面坡比为1：0.3，背水面直立，基础埋深基础埋深采用《堤防工程设计规范》的水流冲刷深度进行计算：
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式中hp为冲刷处水深（m），以设计水位代替；Vcp为挡土墙处流速；V允为允许不冲刷流速，拟设工程段为泥石流堆积碎块石土，厚度较大，取1.8 m/s ，n与工程在平面上的形状相关，一般取1/4。根据计算，B3段水流冲刷深度为0.93m，加上安全值0.5m，综合确定该段挡土墙基础埋深为1.50m。采用C15毛石混凝土浇筑，墙背不回填。左岸归流堤长36m，顶宽0.5m，高1.5m~4.7m，堤底面设置成台阶状，迎水面坡比为1：0.3，背水面坡比1:0.2，基础埋深1.5m，采用C15毛石混凝土浇筑，墙背不回填。
6.结论
本文通过现场调查及室内试验，对老木沟泥石流的自然地理概况和区域地质环境有了充分的了解，从泥石流形成的地形条件、物源条件及水动力条件等三个方面入手对泥石流的形成做阐释，对泥石流的特征参数进行计算，最后提出“归流堤+双侧防护堤”的治理工程设计。
参考文献
[1]卜祥航,唐川,屈永平,常鸣,程霄. 烧房沟滑坡型泥石流工程治理及效果分析[J]. 工程地质学报,2016,24(02):220-227.
[2]刘传正,苗天宝,陈红旗,董抗甲,黎志恒,李海军. 甘肃舟曲2010年8月8日特大山洪泥石流灾害的基本特征及成因[J]. 地质通报,2011,30(01):141-150.
[3]赵建业,王旭影. 丰宁县对窝子沟泥石流灾害基本特征及防治建议[J]. 河北地质大学学报,2019,42(05):69-74.
[4]韩元东. 威宁县倮秣泥石流的基本特征及风险性评价[D].成都理工大学,2013.
[5]王征强. 深厚层矿渣泥石流防治措施研究[D].成都理工大学,2014.
[6]穆成林,裴向军,裴钻. 成昆铁路泸沽至西昌段泥石流基本特征研究[J]. 地下空间与工程学报,2016,12(03):845-851.
[7]王征强. 深厚层矿渣泥石流防治措施研究[D].成都理工大学,2014.