在西南山區,泥石流物源以破碎巖體及第四系松散堆積物為主,如四川省大涼山的美姑河流域,破碎巖體主要為雷口坡組巖層和白果灣組地層,雷口坡組巖層由灰~深灰色角礫狀白云巖、灰巖、砂屑灰巖(白云巖)組成,單層厚0.1~0.5m;白果灣組地層由灰~深灰色含礫砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖、粘土巖及煤線組成,屬河湖沼澤相沉積。第四系松散堆積物包括洪積物、殘坡積物及滑坡堆積物,洪積物一般位于泥石流溝沉積區,厚5~35m,結構松散,固相顆粒呈棱角狀~次棱角狀,65~90%的塊碎石粒徑在5~50cm,巖性主要為中~強風化的泥巖、白云巖和粉砂巖,粒間多充填泥土及砂粒,透水性較強;殘坡積物一般厚0.5~10m,由強風化砂巖、粉砂巖、泥巖等未固結的塊碎石土組成,粒徑一般3~12cm,棱角狀,粒間充填細小顆粒及粘土,透水性較好;滑坡堆積物厚度一般5~10m,個別可及17m,固體顆粒粒徑一般15cm左右,局部可達3.6m,棱角狀,透水性較好[25][37,38]。
基于現場調查并通過對泥石流溝進行3D數值模擬建立了泥石流物源穩定性分區方法,將泥石流溝內的物源分為穩定物源區、基本穩定物源區和不穩定物源區[25,35-38],據此可求出每個區的物源儲量。
第二、軸線方向與區域新構造應力場主壓應力方向一致的泥石流溝,是地表巖體比較破壞、抗御動力地貌過程能力薄弱的部位,溝谷地貌穩定性較差,容易演變為泥石流溝。如美姑河流域,區域新構造應力場主壓應力方向σT方位43°、兩個剪切帶Max1和Max2方向分別為73°和347°,而美姑河流域內公路泥石流溝軸線存在兩個優勢分布方向,即方位角160.5°和78.2°,前者與新構造應力場Max2相近,相差6.5°;后者與新構造應力場Max1相近,相差5.2°[25]。
第三、具有焚風效應的氣象條件。降雨條件是誘發泥石流的主要動力因子,高寒地區尚有因溫度變化融化冰雪產生大量地表流水而誘發泥石流。如果泥石流溝位于局部大氣環流下沉區,由于焚風效應的作用,地表植被覆蓋度通常較差,物源在水的作用下自穩性能較差。如北天山高山深谷區,便處于向西敞開的伊犁盆地背風坡,屬于干熱氣流控制區,地表植被覆蓋度不及0.6%,是天山公路泥石流集中發育的區域[1][35]。四川省普格縣的茨達泥石流、西昌至木里公路沿線的平川泥石流、小關溝泥石流等均具有類似特性。
2 泥石流動力學核心理論
公路泥石流防治中,泥石流沖擊荷載是防治結構設計必需的基礎資料,關系到防治結構選址、結構尺寸擬定、結構內力計算等,提高防治工程的針對性、有效性;而泥石流沖擊力、磨蝕力則是分析泥石流溝內沿河公路路基毀損的重要力源,是進行防治結構耐久性設計、提高結構使用壽命的重要依據。因此,泥石流流速尤其是固-液分相流速計算方法、泥石流沖擊力計算方法以及泥石流磨蝕力、磨蝕速度及磨蝕量計算方法等便構成泥石流動力學核心理論。
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