肖經(jīng)光，鄭 庭

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)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(qū)內(nèi)產(chǎn)生了一種“特殊”的地質(zhì)現(xiàn)象—高位泥石流，它具有物源量豐富、分布位置相對(duì)高程差大、溝床縱坡比降大等特點(diǎn)[1]，這類泥石流暴發(fā)隱蔽性強(qiáng)、破壞性大，作為泥石流工程設(shè)計(jì)的特征值之重度值難以準(zhǔn)確確定，目前泥石流重度主要依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0220-2006）附錄F 中的現(xiàn)場調(diào)查試驗(yàn)法和形態(tài)調(diào)查法確定，兩種方法均需親自目睹過泥石流暴發(fā)或受過災(zāi)害的村民進(jìn)行描述得出泥石流流體特征。此特征描述與實(shí)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(duì)云南北部山區(qū)德欽一中河泥石流及宣威對(duì)門山泥石流流體重度進(jìn)行了定量計(jì)算研究，對(duì)泥石流治理工程設(shè)計(jì)中的重度特征值判別具有一定的指導(dǎo)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(tài)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(qū)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(qū)發(fā)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(nèi)，易形成洪流，凍融作用、旱季風(fēng)化下崩滑、滾落至溝內(nèi)的松散物在來勢猛烈的水（泥）流激發(fā)下，泥石流瞬間促成[4]。

流域區(qū)匯水面積雖小，但溝床縱坡陡峻順直，在稍具規(guī)模的降雨條件下，即可激發(fā)泥石流形成；上游區(qū)泥石流啟動(dòng)形成下泄對(duì)溝槽內(nèi)松散堆積物進(jìn)行揭底拉槽，沖至214 國道附近，流體特征主要表現(xiàn)為粘滯性高、流速低的特點(diǎn)。根據(jù)泥石流顆分試驗(yàn)，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(jí)配曲線

2 宣威對(duì)門山泥石流堆積物特征

對(duì)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(dá)45°，基巖裸露，地層以玄武巖為主，底部含有錳質(zhì)角礫巖，受構(gòu)造影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性較差。第四系以來一直發(fā)生崩塌，產(chǎn)生的碎塊石堆于下方緩坡地帶。加之上游曾有采礦活動(dòng)，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(qū)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(chǎn)生滑坡或持續(xù)坍滑，成為泥石流的主要物源[5]。

根據(jù)現(xiàn)場對(duì)對(duì)門山泥石流溝溝谷形態(tài)、坡降及溝內(nèi)松散物源的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析表明，將對(duì)門山泥石流流域劃分為形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)。溝谷源頭段及中上游斜坡段為形成區(qū)，中下游段為流通區(qū)，下游村莊段為堆積區(qū)，敘述如下：

（1）形成區(qū)

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

溝谷源頭附近為陡坡區(qū)，地形坡度30°～50°，基巖大面積裸露，植被發(fā)育較差，溝谷切割淺，谷底狹窄，出露二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P2β）玄武巖，溝底及斜坡多見基巖出露，節(jié)理及風(fēng)化裂隙發(fā)育，淺層巖體破碎，巖塊易剝落。該區(qū)內(nèi)第四系以來一直持續(xù)產(chǎn)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(qū)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(dá)2～3m，系后側(cè)斜坡崩塌堆積形成。該段斜坡地帶還分布有2 個(gè)廢棄礦洞，堆積有采礦棄渣。

形成區(qū)內(nèi)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(cè)蝕作用極強(qiáng)，洪水沖蝕坡腳，造成岸坡陡立，崩坡積層產(chǎn)生坍塌或滑坡，加之該區(qū)分布有采礦棄渣，雨季在雨水帶動(dòng)下進(jìn)入溝內(nèi)成為泥石流最重要的物源。

（2）流通區(qū)

流通區(qū)為對(duì)門山泥石流溝中下游段，該區(qū)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(wěn)定性較好。該段溝谷侵蝕作用較弱，最大塊石粒徑達(dá)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(shí)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(diǎn)，這些堆積物往往又是下次泥石流的重要補(bǔ)給物源。

（3）堆積區(qū)

泥石流堆積區(qū)為對(duì)門山泥石流村莊段，堆積區(qū)溝谷長約150m，寬2～13m，面積約1000m2。對(duì)門山泥石流溝2016 年發(fā)生泥石流時(shí)，村委會(huì)組織村民在堆積區(qū)及流通區(qū)清淤約2000m3，該區(qū)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(xì)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(qū)的特點(diǎn)是地形平緩，有村寨坐落，泥石流大量堆積，容易致（成）災(zāi)，對(duì)門山村位于本區(qū)范圍內(nèi)，本村的生命和財(cái)產(chǎn)安全受泥石流嚴(yán)重威脅。

形成區(qū)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(nèi)，具有山區(qū)洪流的特點(diǎn)，洪水形成時(shí)間短，瞬間水動(dòng)力較強(qiáng)，利于泥石流發(fā)生；在形成區(qū)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(chǎn)生塌岸，進(jìn)入溝道內(nèi)，參與泥石流活動(dòng)，局部地段岸坡較高且陡，溝岸坍滑規(guī)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(fā)泥石流；流通區(qū)溝底有老的沖洪積物堆積，發(fā)生大洪水及泥石流時(shí)，溝底松散物會(huì)參與到泥石流活動(dòng)中。

流域內(nèi)泥石流堆積物總體上土石比低，并表現(xiàn)為由上游向下游細(xì)顆粒逐漸增多的趨勢。土石比小，說明泥石流啟動(dòng)的固體物質(zhì)以碎塊石為主，水動(dòng)力條件較強(qiáng)，細(xì)小顆粒特別是溝道淺表的細(xì)小顆粒絕大部分被洪水帶走，而將粗顆粒物留于溝道內(nèi)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(xì)顆粒相對(duì)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(qū)取土樣進(jìn)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(jìn)行現(xiàn)場篩分試驗(yàn)，得出粒徑>20mm 的各級(jí)顆粒重量，并計(jì)算含量百分比；＜20mm 的顆粒，則現(xiàn)場稱其總重量，然后取樣回試驗(yàn)室進(jìn)行顆分試驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)成果計(jì)算其含量百分比，其結(jié)果見表2，如圖2 所示。

圖2 對(duì)門山泥石流顆粒級(jí)配曲線

表2 對(duì)門山泥石流堆積物顆粒分析成果表 （%；粒徑：mm）

3 確定泥石流重度的方法

3.1 現(xiàn)場調(diào)查試驗(yàn)法

按照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0220-2006）附錄F.1 公式確定：

式中:γc—泥石流流體密度，（t/m3）；

Ga—泥石流總質(zhì)量，（t）；

V—泥石流總體積，（m3）。

3.2 泥石流容重計(jì)算余斌公式

泥石流堆積物中借助>2mm 和<0.05mm 的粗顆粒和細(xì)顆粒百分含量計(jì)算泥石流的容重可以得到更好的相關(guān)性［4］:

式中:γc—泥石流流體密度，（t/m3）；

P2—粒徑＞2mm 的黏粒含量，以小數(shù)計(jì)。

3.3 泥石流容重計(jì)算杜榕桓公式

>2mm 的顆粒在泥石流體中代表粗顆粒,在黏性泥石流(>1.8g/cm3)中,<2mm 的顆粒的含沙量基本保持不變,即隨容重的增大,<2mm 的顆粒的百分含量隨之減少,>2mm的粗顆粒的百分含量隨之增加,因此有泥石流容重與>2mm 的粗顆粒的百分含量關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式[5]

式中:γc—泥石流流體密度，（t/m3）；

P2—粒徑＞2mm 的黏粒含量，以小數(shù)計(jì)；

γH—泥石流中固體物質(zhì)比重，（t/m3）。

3.4 泥石流容重的計(jì)算

采用現(xiàn)場調(diào)查試驗(yàn)法計(jì)算出的泥石流容重較公式計(jì)算出的泥石流容重具有較好的一致性。

表3 泥石流容重計(jì)算成果表（t/m3）

4 結(jié)論

通過對(duì)云南北部山區(qū)德欽縣一中河及宣威對(duì)門山泥石流堆積物顆粒分析，確定泥石流容重結(jié)合《規(guī)范》中的現(xiàn)場調(diào)查試驗(yàn)法、余斌公式及杜榕桓公式計(jì)算出的泥石流容重具有較好的一致性，對(duì)于確定云南山區(qū)泥石流流體重度有一定的借鑒意義。