云南北部山區高位泥石流流體重度研究＊

2021-03-04 08:53:36肖經光

甘肅科技 2021年22期

肖經光，鄭庭

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南昆明 650051）

云貴高原向青藏高原過渡的地形急變區內產生了一種“特殊”的地質現象—高位泥石流，它具有物源量豐富、分布位置相對高程差大、溝床縱坡比降大等特點[1]，這類泥石流暴發隱蔽性強、破壞性大，作為泥石流工程設計的特征值之重度值難以準確確定，目前泥石流重度主要依據《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ/T 0220-2006）附錄F 中的現場調查試驗法和形態調查法確定，兩種方法均需親自目睹過泥石流暴發或受過災害的村民進行描述得出泥石流流體特征。此特征描述與實際相悖，因慌亂奔跑中能清晰觀察流體特征的目擊者甚少。本研究對云南北部山區德欽一中河泥石流及宣威對門山泥石流流體重度進行了定量計算研究，對泥石流治理工程設計中的重度特征值判別具有一定的指導意義[2-3]。

1 德欽一中河泥石流堆積物特征

一中河流域總面積3.33km2，形態呈倒三角形狀，流域海拔高差1474m，主溝總長2030m，溝谷平均縱坡249.3‰～531.7‰，溝谷呈“V”字型和深“V”字型幽谷；區域多年平均降雨量為645.9mm，一日最大降雪厚70cm。主溝上游地形陡峻，崩滑剝落區發育，地表多裸露巖石，溝岸坡面順直，降雨匯集迅速呈“漏斗”狀匯集于溝谷內，易形成洪流，凍融作用、旱季風化下崩滑、滾落至溝內的松散物在來勢猛烈的水（泥）流激發下，泥石流瞬間促成[4]。

流域區匯水面積雖小，但溝床縱坡陡峻順直，在稍具規模的降雨條件下，即可激發泥石流形成；上游區泥石流啟動形成下泄對溝槽內松散堆積物進行揭底拉槽，沖至214 國道附近，流體特征主要表現為粘滯性高、流速低的特點。根據泥石流顆分試驗，粒徑在20～200mm 占63%，最大粒徑在1500mm，一般塊徑30～40cm，次棱角狀，粒徑小于0.25mm 的占9%。堆積物顆粒分析成果見表1,如圖1 所示。

表1 一中河泥石流堆積物顆粒分析成果表（%；粒徑：mm）

圖1 一中河泥石流顆粒級配曲線

2 宣威對門山泥石流堆積物特征

對門山河泥石流溝匯流面積0.42km2，主溝道長約1km，高差約565m。流域上游地形陡峻，坡度達45°，基巖裸露，地層以玄武巖為主，底部含有錳質角礫巖，受構造影響，巖體節理裂隙發育，完整性較差。第四系以來一直發生崩塌，產生的碎塊石堆于下方緩坡地帶。加之上游曾有采礦活動，采礦后的棄渣隨意堆放于礦洞周邊斜坡，物源豐富。主溝上游從崩塌堆積區通過，受洪水侵蝕切割，溝谷岸坡陡立，雨季洪水沖蝕坡腳，兩岸的崩塌堆積層產生滑坡或持續坍滑，成為泥石流的主要物源[5]。

根據現場對對門山泥石流溝溝谷形態、坡降及溝內松散物源的調查統計分析表明，將對門山泥石流流域劃分為形成區、流通區及堆積區。溝谷源頭段及中上游斜坡段為形成區，中下游段為流通區，下游村莊段為堆積區，敘述如下：

（1）形成區

對門山泥石流溝形成區包括溝谷源頭附近的陡坡區及下方斜坡地帶，全區均有不同程度的物源補給，所以全部均為物源區，未劃分清水亞區，面積約0.41km2。

溝谷源頭附近為陡坡區，地形坡度30°～50°，基巖大面積裸露，植被發育較差，溝谷切割淺，谷底狹窄，出露二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2β）玄武巖，溝底及斜坡多見基巖出露，節理及風化裂隙發育，淺層巖體破碎，巖塊易剝落。該區內第四系以來一直持續產生崩塌、滾石等，堆于下方斜坡地帶，成為泥石流的重要物源。

形成區斜坡地帶地形坡度25°～35°，有崩坡積層分布，成分主要為塊石、碎石，其間有砂土及黏性土充填，松散，塊石及碎石呈棱角狀，成分為玄武巖，粒徑多為0.05～0.6m，少量可達2～3m，系后側斜坡崩塌堆積形成。該段斜坡地帶還分布有2 個廢棄礦洞，堆積有采礦棄渣。

形成區內主溝縱坡550‰～880‰，溝谷切割深2～20m，溝底寬多為2～8m，兩岸坡度25°～50°，局部陡立。兩岸坡多為松散的崩坡積物，在溝谷狹窄地段，水流的側蝕作用極強，洪水沖蝕坡腳，造成岸坡陡立，崩坡積層產生坍塌或滑坡，加之該區分布有采礦棄渣，雨季在雨水帶動下進入溝內成為泥石流最重要的物源。

（2）流通區

流通區為對門山泥石流溝中下游段，該區地形坡度介于15°～25°，溝床縱坡降210‰～370‰，溝谷呈“V”形，溝谷切深2～8m，溝底寬5～15m。該段兩岸及溝底分布崩坡積層，厚1～6m，岸坡總體穩定性較好。該段溝谷侵蝕作用較弱，最大塊石粒徑達1.5m，系洪水沖刷后揭露的崩坡積層塊石。泥石流除在本段流通外，有時也有少量堆積，堆積厚度0.5～3m，泥石流堆積物具有逐次向下游推移之特點，這些堆積物往往又是下次泥石流的重要補給物源。

（3）堆積區

泥石流堆積區為對門山泥石流村莊段，堆積區溝谷長約150m，寬2～13m，面積約1000m2。對門山泥石流溝2016 年發生泥石流時，村委會組織村民在堆積區及流通區清淤約2000m3，該區泥石流堆積物主要為塊石、碎石、角礫及砂土混雜堆積，有少量黏性土細顆粒充填，松散，分選差，磨圓度差，呈棱角狀，碎塊石成分主要為玄武巖，一般粒徑0.05～0.6m，層厚0.5～2.2m。該區的特點是地形平緩，有村寨坐落，泥石流大量堆積，容易致（成）災，對門山村位于本區范圍內，本村的生命和財產安全受泥石流嚴重威脅。

形成區上游地形較陡，植被覆蓋差，基巖裸露，地表降水不易下滲，迅速匯集至溝道內，具有山區洪流的特點，洪水形成時間短，瞬間水動力較強，利于泥石流發生；在形成區中下段谷底狹窄，兩岸均分布大量的崩坡積層碎塊石，洪水沖蝕岸坡坡腳，造成兩岸崩坡積物產生塌岸，進入溝道內，參與泥石流活動，局部地段岸坡較高且陡，溝岸坍滑規模較大，由于溝谷狹窄，滑坡堵塞溝道，形成小堰塞后潰決，大量洪水迅猛而下，引發泥石流；流通區溝底有老的沖洪積物堆積，發生大洪水及泥石流時，溝底松散物會參與到泥石流活動中。

流域內泥石流堆積物總體上土石比低，并表現為由上游向下游細顆粒逐漸增多的趨勢。土石比小，說明泥石流啟動的固體物質以碎塊石為主，水動力條件較強，細小顆粒特別是溝道淺表的細小顆粒絕大部分被洪水帶走，而將粗顆粒物留于溝道內所致。

堆積物由下游向上流顆粒逐漸變大，以碎石、塊石為主，粒徑多為0.02～0.6m，細顆粒相對較少。分選差，呈棱角狀，混雜堆積，粒徑多大于2cm，占60%以上，最大粒徑約1.0m。

泥石流堆積區取土樣進行了顆粒分析，清除0～0.5m 的表土，在0.5～1.0m、1.0～2.0m 深度各取樣約200kg，進行現場篩分試驗，得出粒徑>20mm 的各級顆粒重量，并計算含量百分比；＜20mm 的顆粒，則現場稱其總重量，然后取樣回試驗室進行顆分試驗，并結合試驗成果計算其含量百分比，其結果見表2，如圖2 所示。