地质灾害理论与控制课程中关于泥石流部分的教学建议

谢涛（重庆交通大学，重庆400074）



地质灾害理论与控制课程中关于泥石流部分的教学建议

谢涛
（重庆交通大学，重庆400074）

摘要：地质灾害理论与控制是重庆交通大学地质工程专业的核心课程之一，旨在让学生掌握滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的防治工程设计方法。文章评述了该课程中涉及的泥石流灾害的基本特点与防治技术，并阐述了该课程泥石流专题的教学方法。

关键词：地质灾害；泥石流；防治工程；教学方法

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

泥石流是山区常见的自然现象，是一种沿着沟谷或坡面流动的饱含泥沙、石块的固液两相流体。通常泥石流固相物质的粒径范围较广（小至粘粒，大至数米的巨砾），且流速高（可达到20m/s），常常在流通和堆积区域造成严重灾害。

（一）泥石流的分类

泥石流的分类标准很多，可依据地貌、水源、物源、力学激励、流体性质、固体物质组成、发生历史、暴发频率、泥石流规模、泥石流危险性等对其进行分类［2］。上述诸多分类中，从泥石流防治工程设计考虑，最重要的分类标准是流体性质。根据流体性质，可以将泥石流分为稀性泥石流和粘性泥石流。稀性泥石流容重范围为1.3～1.8t/m3，几乎不含粘性颗粒，流体可看作牛顿体，紊动强烈，固液两相物质不等速运动；而粘性泥石流的容重范围为1.8～2.3t/m3，富含粘性颗粒，流体通常可看作宾汉体，固液两相等速运动。由于上述两种泥石流在物质组成、流动状态上有显著差别，在进行泥石流防治工程设计时，通常需要采取不同的治理措施。

（二）泥石流成灾方式

泥石流体与一般水流相比具有截然不同的流动特性，通常具有“大冲大淤”的特点，沟道侵蚀深度和淤埋厚度可达数十米。同时各种构筑物在泥石流强大的冲击作用下，容易产生变形破坏。具体而言，泥石流的成灾方式主要包括：（1）在堆积区造成淤埋。当泥石流从沟口流出后，由于地形坡度变缓，流速降低，将在泥石流沟口一定范围内形成扇形堆积扇。我国山区通常地少人多，很多城镇直接坐落在泥石流堆积扇上。因此泥石流体很可能淤埋这些城镇的基础设施以及居民，造成重大人员伤亡和财产损失事件。据统计，我国受到泥石流灾害威胁的县城就达到100余个，如2010年8月8日发生于甘肃舟曲县的泥石流灾害，泥石流直接流经并堆积在舟曲县城中，造成17765人遇难和失踪［3］。（2）在形成流通区造成冲刷。该成灾方式主要发生于泥石流形成区和流通区，大量坡面和沟床的泥沙被带走，导致沟床被冲刷，岸坡垮塌，从而导致沿岸的设施遭破坏。如在泥石流冲刷作用下，我国成昆铁路沿线多处路基便被冲毁，导致铁路断道。（3）在流通区造成冲击。该成灾方式主要发生于泥石流流通区，构筑物在携带大量泥沙、石块的泥石流体的冲击下，极易产生变形破坏。如1999 年12月16日，委内瑞拉瓦嘎斯州北部加勒比海沿岸14条山沟均发生大规模泥石流灾害［4］，造成2.3万幢房屋被毁，6.5万幢房屋受到严重损坏，直接经济损失达200亿元。（4）在汇入主河后造成堵塞。该成灾方式主要指规模较大的泥石流汇入主河后，如果固相物质总量超过了主河的输移能力，可能导致主河被阻断，形成堰塞湖，引起二次灾害，形成灾害链。如2010年8月8日的甘肃舟曲泥石流进入白龙江堵塞主河形成堰塞湖［3］，淹没县城近半，长达1个月。

二、泥石流防治技术评述

（一）泥石流工程治理的常规措施

现有泥石流防治工程技术总结起来为“稳、拦、排”［2］，所谓“稳”指在泥石流形成区修建谷坊工程，稳定沟床和边坡，控制参与泥石流活动的松散物源，抑制泥石流发生；“拦”指在泥石流形成流通区域修建各种拦砂坝，拦截泥石流固体物质，降低泥石流规模；“排”指在泥石流流通堆积区修建排导槽、停积场等，使泥石流沿固定沟槽运动到停积场，或排向主河，防止泥石流泛滥成灾。通常对泥石流沟的综合治理会综合使用上述三种工程措施。

（二）泥石流防治新技术

确定的显著性水平为0.05。如表2所示，x5与x35的p值大于0.05，说明在0.05的显著性水平下，x5与x35这两个指标与y不存在显著性，即有95%以上的把握认为这两个指标无法解释或预测个人信用状况，故剔除这两个指标。

尽管前文所述的“稳、拦、排”防治技术已取得了良好的防治效果，但是也存在不少问题，比如受到地形条件限制，拦砂坝淤满后的清淤工作比较困难，那么拦砂坝将对后续泥石流失去调节作用，从而影响治理效果；由于固体物质的堵塞作用，泥石流拦砂坝中的各种格栅坝均不能持续地实现水石分离功能。因此随着研究的深入，一些新的泥石流治理理念与技术有所发展，如笔者提出了一种鱼脊型水石分离结构［5］，该结构能持续地泥石流中的粗颗粒逐级分离出来，减少泥石流固相物质含量，降低泥石流破坏力。陈晓清提出了一种基于主河输移能力的泥石流防治工程设计方法［6］；在四川清平乡文家沟泥石流形成区修建了一种新型水平透水格栅［7］，用于控制水源，抑制泥石流发生。

三、泥石流专题教学建议与思考

（一）注重泥石流基础知识的讲解

掌握泥石流的基本特性是进行泥石流防治工程设计的基础，因此笔者在讲解泥石流防治工程之前，首先让学生掌握泥石流灾害的基础知识，主要包括以下几个方面：（1）典型的泥石流灾害；（2）泥石流的类型；（3）我国泥石流的分布规律；（4）泥石流的形成条件；（5）泥石流沟的判识方法；（6）泥石流的勘查；（7）泥石流防治工程设计参数（容重、流速、流量等）的确定方法。

（二）着重讲解泥石流防治工程的设计原理

如前所述，现有的泥石流防治结构主要包括谷坊、拦砂坝（重力拦挡坝和格栅坝）、排导槽等。作者在讲解过程中重点给学生剖析每个结构的设计原理，以问题引导的方式带领学生思考，并掌握其设计原理，比如拦挡坝坝高如何选择，坝址怎么选择，格栅坝的适用条件等。而诸如拦挡坝的稳定验算等内容则重点阐述了计算原理，具体的计算细节由学生自学，并通过让学生做课程设计的方式，让他们掌握计算方法。

（三）注重剖析现有防治工程存在问题与研究进展

作者在讲解了传统的泥石流防治结构设计方法的基础上，还分析了现有泥石流防治工程存在的不足，在此基础上，还向学生介绍了泥石流防治工程的最新研究成果，如鱼脊型水石分离结构、柔性拦挡坝、水平透水格栅等，使学生掌握最新研究动态，为今后的工作打下基础。

四、结束语

文章简要分析了地质灾害理论与控制课程涉及的泥石流灾害的基本特点及其教学建议，得到从防治工程设计角度，需要重点考虑稀性泥石流和粘性泥石流的差异，并阐述了泥石流主要包括冲刷、冲击、淤埋和堵塞主河四种成灾方式，在此基础上，得到在日常教学中需要注意以下问题：（1）注重泥石流基础知识的讲解；（2）着重讲解泥石流防治工程的设计原理；（3）注重剖析现有防治工程存在问题与研究进展。

参考文献

［1］陈洪凯，唐红梅，王林峰，等.地质灾害理论与控制［M］.北京：科学出版社，2011.

［2］周必凡，李德基，罗德富，等.泥石流防治指南［M］.北京：科学出版社，1991.

［3］胡凯衡，葛永刚，崔鹏，等.对甘肃舟曲特大泥石流灾害的初步认识［J］.山地学报，2010，28（5）:628-634.

［4］韦方强，谢洪，Jose L.Lopez，等.委内瑞拉1999年特大泥石流灾害［J］.山地学报，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］陈晓清，崔鹏，游勇，等.汶川地震区大型泥石流工程防治体系规划方法探讨［J］.水利学报，2013，44（5）：586-593.

［7］文联勇，谢宇，李东，等.“水石分离”在泥石流灾害防治工程中的应用长江科学院院报［J］.2012，29（5）：16-20.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）12-0125-02

作者简介：谢涛（1986-），男，土家族，重庆黔江，重庆交通大学，讲师，博士，研究方向：岩土与地质工程。