地質災害理論與控制課程中關于泥石流部分的教學建議

謝濤（重慶交通大學，重慶400074）

?

地質災害理論與控制課程中關于泥石流部分的教學建議

謝濤
（重慶交通大學，重慶400074）

摘要：地質災害理論與控制是重慶交通大學地質工程專業的核心課程之一，旨在讓學生掌握滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的防治工程設計方法。文章評述了該課程中涉及的泥石流災害的基本特點與防治技術，并闡述了該課程泥石流專題的教學方法。

關鍵詞：地質災害；泥石流；防治工程；教學方法

Abstract：Theory and control of geological disasters in Chongqing Jiaotong University is one of core curriculum for students majoring in geological engineering，which is designed to for these students to grasp prevention engineering design of landslides，avalanches and debris flow.This paper reviews the basic characteristics of debris flows and prevention technology involved in the course，and describes the teaching methods of debris flow.

Keywords:geological disaster；debris flow；control project；teaching method

引言

一、泥石流基本特征

泥石流是山區常見的自然現象，是一種沿著溝谷或坡面流動的飽含泥沙、石塊的固液兩相流體。通常泥石流固相物質的粒徑范圍較廣（小至粘粒，大至數米的巨礫），且流速高（可達到20m/s），常常在流通和堆積區域造成嚴重災害。

（一）泥石流的分類

泥石流的分類標準很多，可依據地貌、水源、物源、力學激勵、流體性質、固體物質組成、發生歷史、暴發頻率、泥石流規模、泥石流危險性等對其進行分類［2］。上述諸多分類中，從泥石流防治工程設計考慮，最重要的分類標準是流體性質。根據流體性質，可以將泥石流分為稀性泥石流和粘性泥石流。稀性泥石流容重范圍為1.3～1.8t/m3，幾乎不含粘性顆粒，流體可看作牛頓體，紊動強烈，固液兩相物質不等速運動；而粘性泥石流的容重范圍為1.8～2.3t/m3，富含粘性顆粒，流體通常可看作賓漢體，固液兩相等速運動。由于上述兩種泥石流在物質組成、流動狀態上有顯著差別，在進行泥石流防治工程設計時，通常需要采取不同的治理措施。

（二）泥石流成災方式

泥石流體與一般水流相比具有截然不同的流動特性，通常具有“大沖大淤”的特點，溝道侵蝕深度和淤埋厚度可達數十米。同時各種構筑物在泥石流強大的沖擊作用下，容易產生變形破壞。具體而言，泥石流的成災方式主要包括：（1）在堆積區造成淤埋。當泥石流從溝口流出后，由于地形坡度變緩，流速降低，將在泥石流溝口一定范圍內形成扇形堆積扇。我國山區通常地少人多，很多城鎮直接坐落在泥石流堆積扇上。因此泥石流體很可能淤埋這些城鎮的基礎設施以及居民，造成重大人員傷亡和財產損失事件。據統計，我國受到泥石流災害威脅的縣城就達到100余個，如2010年8月8日發生于甘肅舟曲縣的泥石流災害，泥石流直接流經并堆積在舟曲縣城中，造成17765人遇難和失蹤［3］。（2）在形成流通區造成沖刷。該成災方式主要發生于泥石流形成區和流通區，大量坡面和溝床的泥沙被帶走，導致溝床被沖刷，岸坡垮塌，從而導致沿岸的設施遭破壞。如在泥石流沖刷作用下，我國成昆鐵路沿線多處路基便被沖毀，導致鐵路斷道。（3）在流通區造成沖擊。該成災方式主要發生于泥石流流通區，構筑物在攜帶大量泥沙、石塊的泥石流體的沖擊下，極易產生變形破壞。如1999 年12月16日，委內瑞拉瓦嘎斯州北部加勒比海沿岸14條山溝均發生大規模泥石流災害［4］，造成2.3萬幢房屋被毀，6.5萬幢房屋受到嚴重損壞，直接經濟損失達200億元。（4）在匯入主河后造成堵塞。該成災方式主要指規模較大的泥石流匯入主河后，如果固相物質總量超過了主河的輸移能力，可能導致主河被阻斷，形成堰塞湖，引起二次災害，形成災害鏈。如2010年8月8日的甘肅舟曲泥石流進入白龍江堵塞主河形成堰塞湖［3］，淹沒縣城近半，長達1個月。

二、泥石流防治技術評述

（一）泥石流工程治理的常規措施

現有泥石流防治工程技術總結起來為“穩、攔、排”［2］，所謂“穩”指在泥石流形成區修建谷坊工程，穩定溝床和邊坡，控制參與泥石流活動的松散物源，抑制泥石流發生；“攔”指在泥石流形成流通區域修建各種攔砂壩，攔截泥石流固體物質，降低泥石流規模；“排”指在泥石流流通堆積區修建排導槽、停積場等，使泥石流沿固定溝槽運動到停積場，或排向主河，防止泥石流泛濫成災。通常對泥石流溝的綜合治理會綜合使用上述三種工程措施。

（二）泥石流防治新技術

確定的顯著性水平為0.05。如表2所示，x5與x35的p值大于0.05，說明在0.05的顯著性水平下，x5與x35這兩個指標與y不存在顯著性，即有95%以上的把握認為這兩個指標無法解釋或預測個人信用狀況，故剔除這兩個指標。

盡管前文所述的“穩、攔、排”防治技術已取得了良好的防治效果，但是也存在不少問題，比如受到地形條件限制，攔砂壩淤滿后的清淤工作比較困難，那么攔砂壩將對后續泥石流失去調節作用，從而影響治理效果；由于固體物質的堵塞作用，泥石流攔砂壩中的各種格柵壩均不能持續地實現水石分離功能。因此隨著研究的深入，一些新的泥石流治理理念與技術有所發展，如筆者提出了一種魚脊型水石分離結構［5］，該結構能持續地泥石流中的粗顆粒逐級分離出來，減少泥石流固相物質含量，降低泥石流破壞力。陳曉清提出了一種基于主河輸移能力的泥石流防治工程設計方法［6］；在四川清平鄉文家溝泥石流形成區修建了一種新型水平透水格柵［7］，用于控制水源，抑制泥石流發生。

三、泥石流專題教學建議與思考

（一）注重泥石流基礎知識的講解

掌握泥石流的基本特性是進行泥石流防治工程設計的基礎，因此筆者在講解泥石流防治工程之前，首先讓學生掌握泥石流災害的基礎知識，主要包括以下幾個方面：（1）典型的泥石流災害；（2）泥石流的類型；（3）我國泥石流的分布規律；（4）泥石流的形成條件；（5）泥石流溝的判識方法；（6）泥石流的勘查；（7）泥石流防治工程設計參數（容重、流速、流量等）的確定方法。

（二）著重講解泥石流防治工程的設計原理

如前所述，現有的泥石流防治結構主要包括谷坊、攔砂壩（重力攔擋壩和格柵壩）、排導槽等。作者在講解過程中重點給學生剖析每個結構的設計原理，以問題引導的方式帶領學生思考，并掌握其設計原理，比如攔擋壩壩高如何選擇，壩址怎么選擇，格柵壩的適用條件等。而諸如攔擋壩的穩定驗算等內容則重點闡述了計算原理，具體的計算細節由學生自學，并通過讓學生做課程設計的方式，讓他們掌握計算方法。

（三）注重剖析現有防治工程存在問題與研究進展

作者在講解了傳統的泥石流防治結構設計方法的基礎上，還分析了現有泥石流防治工程存在的不足，在此基礎上，還向學生介紹了泥石流防治工程的最新研究成果，如魚脊型水石分離結構、柔性攔擋壩、水平透水格柵等，使學生掌握最新研究動態，為今后的工作打下基礎。

四、結束語

文章簡要分析了地質災害理論與控制課程涉及的泥石流災害的基本特點及其教學建議，得到從防治工程設計角度，需要重點考慮稀性泥石流和粘性泥石流的差異，并闡述了泥石流主要包括沖刷、沖擊、淤埋和堵塞主河四種成災方式，在此基礎上，得到在日常教學中需要注意以下問題：（1）注重泥石流基礎知識的講解；（2）著重講解泥石流防治工程的設計原理；（3）注重剖析現有防治工程存在問題與研究進展。

參考文獻

［1］陳洪凱，唐紅梅，王林峰，等.地質災害理論與控制［M］.北京：科學出版社，2011.

［2］周必凡，李德基，羅德富，等.泥石流防治指南［M］.北京：科學出版社，1991.

［3］胡凱衡，葛永剛，崔鵬，等.對甘肅舟曲特大泥石流災害的初步認識［J］.山地學報，2010，28（5）:628-634.

［4］韋方強，謝洪，Jose L.Lopez，等.委內瑞拉1999年特大泥石流災害［J］.山地學報，2000，18（6）：580-582.

［5］XIE Tao，YANG Hongjuan，WEI Fangqiang，et al.A new type debris flow water-sediment separation structure and its model test［J］.Bulletin of Engineering Geology and the Environment，2014，73（4）：947-958.

［6］陳曉清，崔鵬，游勇，等.汶川地震區大型泥石流工程防治體系規劃方法探討［J］.水利學報，2013，44（5）：586-593.

［7］文聯勇，謝宇，李東，等.“水石分離”在泥石流災害防治工程中的應用長江科學院院報［J］.2012，29（5）：16-20.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）12-0125-02

作者簡介：謝濤（1986-），男，土家族，重慶黔江，重慶交通大學，講師，博士，研究方向：巖土與地質工程。