張生祥，何明陽(yáng)，謝光輝

（四川省煤田地質(zhì)局一三五隊(duì)，四川 瀘州 646000）

本次泥石流基本特征值的計(jì)算主要參照野外調(diào)查訪問(wèn)獲取的泥痕、溝道斷面等特征進(jìn)行的，計(jì)算指標(biāo)的確定主要針對(duì)擬設(shè)泥石流治理工程的需要進(jìn)行計(jì)算的，對(duì)不同縱坡段比降的斷面分別進(jìn)行了流速、流量、泥石流流體沖擊力、流體最大沖起高度及彎道超高等特征參數(shù)的計(jì)算。

該泥石流屬于典型的暴雨溝谷型泥石流，“5.12”地震后流域內(nèi)松散物源增加，暴發(fā)的頻率為中～高頻，發(fā)展的階段屬于發(fā)展期，流域內(nèi)總的物源儲(chǔ)量達(dá) 2053.68×104m3，其中動(dòng)儲(chǔ)量約 227.68×104m3，泥石流流速一般3.74～5.67m/s，泥石流流量909.84m3/s（50年一遇暴雨）、766.27 m3/s（20年一遇暴雨），50年一遇暴雨激發(fā)的泥石流一次過(guò)程總量約86.47×104m3，沖出的固體物質(zhì)總量為43.75×104m3，20年一遇暴雨激發(fā)的泥石流一次過(guò)程總量約36.41×104m3，沖出的固體物質(zhì)總量為18.43×104m3。結(jié)合多方面判斷，泥石流規(guī)模屬特大型泥石流。

1 泥石流容重確定

表1 泥石流流體現(xiàn)場(chǎng)稱重表

1.1 現(xiàn)場(chǎng)配漿法

本次共在現(xiàn)場(chǎng)做了6組現(xiàn)場(chǎng)配漿試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)由多位見過(guò)泥石流發(fā)生的當(dāng)?shù)鼐用窕貞浥渲坪驼J(rèn)定泥石流樣品，最后算出泥石流容重。根據(jù)式：

γc-泥石流容重（t/m3）；P1-桶與泥石流體總重（g）；P2-空桶重量（g）；V-桶內(nèi)所盛泥石流體體積（cm3）；

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)各數(shù)據(jù)見表1。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)計(jì)算各次稱重的平均值為1.894 t/m3。

1.2 查表法

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）附錄G泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該泥石流進(jìn)行了評(píng)分，評(píng)分結(jié)果見表2。

表2 主溝及其主要支溝泥石流流體重度查表法結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

1.3 綜合取值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問(wèn)，該泥石流發(fā)生時(shí)，流體主要呈現(xiàn)粘稠狀，水與塊石、碎石含量約各占60%、40%，運(yùn)動(dòng)時(shí)石塊以滾動(dòng)方式向前推進(jìn)，并伴隨著“嘡嘡”聲響。鑒于上述泥石流流體特征，采用《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）計(jì)算公式：

式中：ρw-水的密度（t/m3）；ds-固體顆粒相對(duì)密度（t/m3），一般取2.4～2.7，計(jì)算取值為2.50t/m3；f-固體物質(zhì)體積和水的體積之比，計(jì)算時(shí)取3:2；

通過(guò)上述計(jì)算，泥石流容重值為：1.90t/m3，與《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）推薦的形態(tài)調(diào)查法對(duì)比，粘性泥石流重度應(yīng)在1.6～2.3t/m3之間，但根據(jù)歷史暴發(fā)情況來(lái)看，溝內(nèi)流體組成物質(zhì)多以塊、碎石土組成的水石流為主。

由于該溝流域面積較大，泥石流暴發(fā)時(shí)的流體重度雖不可能在某個(gè)或某幾個(gè)區(qū)域內(nèi)始終保持恒定的重度值，但懸殊并不太大，因該流域內(nèi)松散物源主要以塊、碎石為主，流體性質(zhì)將主要以水石流為主，盡管流體往下游運(yùn)動(dòng)，沿途的雨水補(bǔ)給、或溝道的淤積作用，但溝道內(nèi)泥石流體的重度變化終究不會(huì)很大，況且在當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)見證下所做的重度試驗(yàn)只能代表當(dāng)時(shí)老鄉(xiāng)看見過(guò)的那次泥石流的流體重度，因“5.12”地震后流域內(nèi)物源增多，其流體性質(zhì)也將和以往暴發(fā)的泥石流有所不同。結(jié)合三種計(jì)算方法的可靠度，查表法應(yīng)該是在現(xiàn)狀調(diào)查基礎(chǔ)上帶預(yù)測(cè)性的重度值結(jié)果，用來(lái)作為泥石流設(shè)計(jì)的依據(jù)更為適宜，另外兩種方法做出的重度值可用來(lái)參考。故主溝泥石流流體重度取1.759t/m3。

3 泥石流運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)計(jì)算

3.1 泥石流流量計(jì)算

3.1.1 雨洪法

用該方法計(jì)算是選用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）中雨洪法計(jì)算泥石流流量，首先查《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》附圖2-1～2-8，附表6得到北川縣流域地區(qū)10min、1h、6h、24h相應(yīng)暴雨計(jì)算參數(shù)如表3。

表3 北川縣楊家溝流域地區(qū)1/6h、1h、6h、24h多年最大暴雨特征值

首先計(jì)算頻率為1%、2%、5%、10%的暴雨洪水設(shè)計(jì)流量Qp，按推理公式：

式中，Sp--某頻率的雨力，mm/h。其計(jì)算式為：Sp=Htp·tn-1；Htp—設(shè)計(jì)頻率最大t小時(shí)暴雨量；n--暴雨參數(shù)；τ--匯流時(shí)間，h。μ--產(chǎn)流參數(shù)，mm/h。

L --主溝長(zhǎng)度，km；J --主溝底坡降，‰；F--流域面積，km2。

計(jì)算過(guò)程如下：

流域面積F=9.80km2；溝長(zhǎng)L=4.51km；溝床比降J=213.31‰；

匯流參數(shù)m= 0.221θ0.204=0.297；

通過(guò)計(jì)算得出的暴雨雨力計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 暴雨洪水流量參數(shù)表

根據(jù)計(jì)算得出的暴雨雨力對(duì)流域的暴雨洪水流量進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果見表5。

表5 暴雨洪水流量計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)計(jì)算得出的暴雨洪峰流量，按《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）式Ⅰ.2計(jì)算泥石流流量：QC=(1+φ)QPDC

式中：DC：泥石流堵塞系數(shù)；φ：泥石流泥沙修正系數(shù)；根據(jù)上式得出楊家溝泥石流流量結(jié)果見表6。

表6 泥石流流量計(jì)算表

3.1.2 形態(tài)調(diào)查法

泥石流流量是泥石流工程防治最為重要的參數(shù)之一，對(duì)已發(fā)生泥石流流量的調(diào)查與計(jì)算，是確認(rèn)泥石流運(yùn)動(dòng)特征的重要內(nèi)容之一。對(duì)于非觀測(cè)泥石流，主要采用中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中形態(tài)調(diào)查法的計(jì)算方法計(jì)算泥石流峰值流量。通過(guò)對(duì)泥石流遺留洪痕的調(diào)查(訪問(wèn))與確認(rèn)，確定該斷面處泥石流的最高泥位，測(cè)量估算出泥石流通過(guò)時(shí)的過(guò)流斷面面積。將斷面面積乘以該斷面處泥石流的瞬時(shí)流速，即可獲得泥石流斷面(峰值)流量。

根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）中形態(tài)調(diào)查法，通過(guò)公式：Qc=Wc·Vc

因該泥石流屬稀性泥石流，故計(jì)算流速選用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）稀性泥石流流速計(jì)算公式Ⅰ.15：

Vc-為泥石流斷面平均流速（m/s）；Wc-為泥石流斷面面積（m2）。

通過(guò)計(jì)算可見，按形態(tài)調(diào)查法2008年“9.24”與采用雨洪法計(jì)算出的該泥石流暴發(fā)的頻率2%（50年一遇）的泥石流流量接近。因此，計(jì)算泥石流流量采用雨洪法計(jì)算出的洪峰流量可行。

3.2 泥石流流速計(jì)算

3.2.1 流速

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查及歷史分析情況來(lái)看，流域內(nèi)物源成分主要以塊、碎石土為主，因此，流速計(jì)算的公式選用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0220-2006）中西南地區(qū)（鐵二院）計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

表7 形態(tài)調(diào)查法計(jì)算各不同縱坡泥石流流量計(jì)算結(jié)果表（根據(jù)2008年“9.24”泥石流推測(cè)）

式中Vc—泥石流流速（m/s）；γH—泥石流固體物質(zhì)重度（t/m3）；φ—泥石流泥沙修正系數(shù)；n—泥石流溝床糙率系數(shù)；Hc—平均泥深（m）；Ic—泥位縱坡率，以溝道縱坡率代替。

3.2.2 泥石流中石塊運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算

表8 泥石流不同坡降條件下泥石流流速計(jì)算表

式中：VS——泥石流中大石塊的移動(dòng)速度(m/s)；dmax——泥石流堆積物中最大石塊的粒徑(m)，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看，泥石流流域塊石最大粒徑5.0m左右；α——全面考慮的摩擦系數(shù)（泥石流容重、石塊比重、石塊形狀系數(shù)、溝床比降等因素），此處α取4。由此計(jì)算結(jié)果見表9。

表9 泥石流中石塊運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算表

3.3 泥石流過(guò)程總量計(jì)算

采用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流總量計(jì)算公式，根據(jù)泥石流歷時(shí)T和最大流量Qc,算通過(guò)斷面的一次泥石流總量Q，由下式計(jì)算：Q=0.264TQc

式中：T：泥石流歷時(shí)，根據(jù)主溝溝道長(zhǎng)度及歷次泥石流暴發(fā)歷時(shí)計(jì)算時(shí)取值 30分鐘；Qc：不同頻率下的泥石流流量。

表10 泥石流過(guò)程總量計(jì)算表

3.4 泥石流沖出固體物質(zhì)總量計(jì)算

采用《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流一次沖出的固體物質(zhì)總量計(jì)算公式：

式中：γc—泥石流重度（t/m3），計(jì)算時(shí)取值1.759t/m3；γH—泥石流中固體物質(zhì)比重（t/m3），計(jì)算時(shí)取值2.50t/m3；γW—水的重度（t/m3），計(jì)算時(shí)取值1t/m3；

表11 泥石流沖出固體物質(zhì)總量

3.5 泥石流整體沖擊力計(jì)算

采用中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流沖擊力計(jì)算公式：

式中，δ：泥石流整體沖擊力（Pa）；γc：泥石流流體容重（kg/m3）；Vc：泥石流流速（m/s）；α：建筑物受力面與泥石流沖壓方向夾角（°）；λ：建筑物形狀系數(shù)，圓形建筑物取1.0，矩形建筑物取1.33，方形建筑物取1.47。

計(jì)算時(shí)取最不利情況，即建筑物受力面與泥石流沖壓方向垂直，采用方形建筑物計(jì)算泥石流的整體沖擊力。

3.6 泥石流最大沖起高度計(jì)算

表12 楊泥石流整體沖擊力計(jì)算表

式中，ΔH—泥石流最大沖起高度（m）；ΔHc—泥石流爬高（m）；VC—泥石流平均流速（m/s）；b—泥石流迎面坡度的函數(shù)。

3.7 泥石流的彎道超高計(jì)算

采用中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0220-2006)中泥石流彎道超高計(jì)算公式：

表13 泥石流最大沖起高度計(jì)算表

式中：Vc:泥石流流速（m/s）；Rc：凹岸曲率半徑（m）；g：重力加速度（m/s2）；B：泥石流表面寬度（m），部分以洪痕寬度代替。

表14 泥石流彎道超高計(jì)算表

4 結(jié)語(yǔ)

泥石流特征值是泥石流災(zāi)害防治中難以實(shí)測(cè)和準(zhǔn)確推算的極為重要的參數(shù)，它的計(jì)算往往具有一定程度的不確定性。它的確定往往需要通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，經(jīng)過(guò)多種方法進(jìn)行校核和驗(yàn)算，盡量保證其合理性、準(zhǔn)確性和可靠性,最終結(jié)合工程特點(diǎn)綜合分析確定。只有如此，才能為泥石流災(zāi)害防治工程提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。

[1] 陳寧生,崔鵬,劉中港,韋方強(qiáng).;基于黏土顆粒含量的泥石流容重計(jì)算[J].中國(guó)科學(xué)E輯.2003(S1).

[2] 陳洪凱,唐紅梅.泥石流兩相沖擊力及沖擊時(shí)間計(jì)算方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào).2006(3).

[3] 國(guó)土資源部.中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DZ/T 0220-2006 ,泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[s].2006.