九寨沟杨家湾矿山泥石流发育特征及启动机制研究

摘要

近年来由于采矿、选矿活动的频繁，导致矿山泥石流发生频率及危害性逐年增大。论文以四川省九寨沟杨家湾矿山泥石流为研究对象，通过大量的现场地质调查、勘探试验工作，对九寨沟杨家湾矿山泥石流的发育条件、基本特征、动力学特征及启动机制进行了较系统地研究，并对该矿山泥石流的危险性进行了评价，在此基础上，提出了针对性的泥石流治理措施。通过研究，得出以下结论。
　　(1)研究区位于四川省九寨沟县草地乡，属于暴雨类沟谷型矿山泥石流，在开采金矿前从未爆发过泥石流，自2003年开始露天开采金矿后，每年均有泥石流发生，威胁沟口的交通，并可能以堵沟—形成堰塞湖—溃决等方式间接危害下游村寨。
　　(2)研究区以构造侵蚀高中山地貌为主，流域面积7.1km2，主沟全长3.0km，高差达1074m，平均坡降约356.8‰，沟域内共分布9条一级支沟，水系呈树枝状发育。研究区陡峭的岸坡，较大的沟谷纵坡，降雨能快速汇集，产流作用强，主沟、支沟地表径流量大，为矿山泥石流水源汇流集中提供了十分有利的条件。
　　(3)杨家湾矿山泥石流的物源主要为矿渣、崩滑体、沟床堆积物及水土流失等四种类型，静储量达到1322.4×104m3，其中以矿渣为主，约占物源总量的98％。根据各类型物源的物质组成、结构特征、稳定性及泥石流启动模式（沟岸崩滑、沟床揭底冲刷等），统计出动储量为453.9×104m3。受矿区地层岩性、开采及排放方式影响，矿渣以碎块石为主，该类物源具有分布集中、类型单一、孔隙度大、结构松散、粘粒含量少、透水性强、稳定性弱的特点。
　　(4)杨家湾矿山泥石流的水源主要来源于大气降水。沟口年降雨量为552.3mm，沟域上游降雨量大于沟口，且集中在7～9月，最大日降雨量达51.3mm，其雨强完全可以满足激发矿山泥石流的条件。由于持续的采矿、弃渣等活动，导致研究区沟域内松散物源量大增，堵塞系数加大，在采矿爆破、矿震、地震等因素影响下，激发泥石流的降雨量阀值还可能进一步降低。
　　(5)通过雨洪法结合形态调查法分析揭示，杨家湾沟沟口20年一遇的洪水峰值流量为29.98m3/s，泥石流峰值流量为98.75m3/s;50年一遇的洪水峰值流量为37.61m3/s，泥石流峰值流量为123.89m3/s。
　　(6)经过研究，杨家湾矿山泥石流的形成机制主要如下:在前期降雨饱和条件下，强降雨导致的动水压力、地表径流力、静水压力等增加，松散矿渣的基质吸力、抗剪强度下降，加之地形条件、水源条件、地震等因素的影响，矿渣堆积体逐步失稳，在初始小型泥石流的携裹下诱发大规模的泥石流，为采矿活动诱发暴雨沟谷性粘性高频泥石流。分析结果与矿区后期调查情况较吻合，对于九寨沟杨家湾矿山泥石流预报预警、防灾减灾具有重要的现实意义。
　　(7)针对杨家湾矿山泥石流发育特点、威胁对象，论文建议在上游主要物源分布位置设置护脚墙、控流坝+中下游拦挡坝、谷坊坝+排导槽等工程治理措施，起到固渣护坡、控流、固床稳坡、防止沟道下切等作用。
　　目前该防治工程已经建成，不仅增加了耕地，而且泥石流爆发频率、规模明显减小，有效保护了矿山泥石流影响区范围内居民的生命财产、公共设施的安全，对于少数民族地区社会的安定团结起到了积极的意义;此外沟域水土流失明显减少，沟域生态环境得到了改善，起到了良好的治理效果，得到业主的好评，社会效益和环保效益显著。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 自然泥石流研究现状

1．2．2 矿山泥石流研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究思路与技术路线

第2章 研究区自然条件和地质环境条件

2．1 气象水文特征

2．1．1 气象特征

2．1．2 水文特征

2．2 地质环境条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 新构造运动与地震

2．2．5 不良物理地质现象

2．2．6 人类工程活动

第3章 杨家湾矿山泥石流基本特征

3．1 泥石流形成条件

3．1．1 地形条件

3．1．2 物源条件

3．1．3 水源条件

3．2 泥石流分区特征

3．2．1 清水区

3．2．2 形成流通区

3．2．3 堆积区

3．3 泥石流活动历史

3．4 泥石流堆积物特征

第4章 杨家湾矿山泥石流动力学特征

4．1 泥石流容重

4．1．1 现场配方法

4．1．2 查表法

4．1．3 综合取值

4．2 泥石流流速

4．3 泥石流流量

4．3．1 清水流量计算

4．3．2 泥石流峰值流量计算

4．4 不同频率一次泥石流总量

4．4．1 一次泥石流过流总量

4．4．1 一次泥石流固体冲出物

4．5 泥石流冲击力及弯道超高分析

4．5．1 泥石流整体冲压力

4．5．2 大块石冲击力

4．5．3 泥石流爬高和最大冲起高度

4．5．4 泥石流弯道超高

第5章 杨家湾矿山泥石流起动模式及形成机制分析

5．1 泥石流启动的控制因素分析

5．2 起动模型

5．3 矿山泥石流形成机制分析

第6章 杨家湾矿山泥石流危险度分析与防治方案建议

6．1 泥石流易发性、发生频率与发展阶段分析

6．1．1 泥石流易发性分析与评价

6．1．2 泥石流的发生频率和发展阶段

6．2 泥石流发展趋势预测

6．3 危险度分析

6．3．1 杨家湾矿山泥石流危险度分区

6．3．2 不同断面部位影响范围预测

6．3．3 泥石流危险度分区

6．4 防治方案建议

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献