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原文传递泥石流物源侵蚀运移特征及危险性评价研究——以都汶高速公路沿线泥石流为例

论文题名：	泥石流物源侵蚀运移特征及危险性评价研究——以都汶高速公路沿线泥石流为例
关键词：	泥石流;侵蚀规律;运移堆积特征;危险性评价;高速公路
摘要：	近年来，受到全球气候急剧变化和地震活动强烈的共同影响导致崩塌、滑坡及泥石流等震后次生地质灾害的数量和严重程度远远超出震前的水平，其中泥石流位于灾害链的末端，往往具有明显的滞后性，给村庄、道路和水利水电等造成了严重破坏。“5.12”汶川地震形成了大量高位能型崩塌和滑坡，堆积于沟道或坡面处，为泥石流积累丰富的松散固体物质。同时，结构劣化的震裂山体在自身重力和后期降雨的联合作用下，其震裂面逐渐变形延伸、扩展和贯穿，从而形成贯通性破坏面，破坏岩土体结构，最终导致斜坡失稳，使震裂潜在型物源转变为新崩塌滑坡物源，从而使泥石流流域松散固体物源进一步增加，泥石流成为地震灾区的主要次生灾害之一。由于极震区物源与非地震区物源迥异的物理性质，泥石流具有启动临界阈值降低、规模增大和周期增长等特征。因此，对震区泥石流的研究显得十分紧迫和必要。　　论文以都汶高速公路沿线典型泥石流为研究对象，充分结合都汶路沿线泥石流野外实地调查、室内遥感解译及前人研究调查的文献资料，利用GIS、动力学、静力学、统计学、AHP法等方法对强震区泥石流的物源分布规律、侵蚀运移特征、堆积特征及不同降雨频率条件下的泥石流危险性评价进行了详细分析，主要研究成果如下: 　　(1)收集研究区内多期遥感数据，利用ENVI和ArcGIS软件对遥感影像数据进行儿何校正、图像镶嵌、图像增强等处理。然后结合泥石流形成条件及活动特征的野外调查及资料，利用ArcGIS和ENVI软件对遥感影像提取了崩塌滑坡的空间位置、投影面积、边界特征等遥感信息。本文利用野外崩塌滑坡样本体积，基于多元回归分析方法，利用MATLAB编程对样本的滑坡体积和解译投影面积数据进行曲线拟合，得到了基于遥感解译的物源体积估算方法V=0.222A1.038。　　(2)利用ArcGIS、Globalmapper等软件的空间分析功能对研究区泥石流物源的时间分布、空间分布及形成条件统计分析。通过统计分析获得以下认识:①野外调查发现崩塌滑坡物源主要分布于花岗岩硬岩中，发育程度远大于砂岩、板岩、千枚岩等软岩中，通过光学显微镜对研究区花岗岩的矿物和裂缝进行鉴定和分析，发现由于矿物之间的差异回弹，在卸围压时更易于矿物之间和矿物内部裂纹的产生和发展，从而造成花岗岩在高应力地区强度偏低。②植被越发育的地区物源分布较少。③物源主要分布在坡度30°～50°，坡向100°～180°，高程1400～2800m之问。④研究区物源分布具有明显的锁固段效应、背坡效应、距离效应、上下盘效应以及断层错动方向效应。⑤物源受水系河流控制呈线状分布。　　(3)利用下渗曲线法、牛顿定律、能量守恒定律、动量守恒定律等理论方法对泥石流物源侵蚀规律进行研究，分析得到了以下结论和认识:①得到了地表径流深度与降雨强度的关系以及不同启动方式的临界条件;②地表径流深度与斜坡坡度呈负相关、坡面流速在坡度等于60°时取得最大值以及物源侵蚀能力临界坡度为42.4°～48.1°之间;③物源侵蚀主要可分为雨滴溅蚀、片流侵蚀、细沟侵蚀和沟坡侵蚀四种类型，并得到每种侵蚀类型的侵蚀物源量计算模型。④沟道存在坡脚掏蚀→岸坡滑塌→沟道堵塞→溃决冲刷的演化过程，并建立了沟道侧向侵蚀量计算模型。　　(4)基于土石比、改进的ψ值分级法以及分形理论等方法对泥石流的运移堆积特征研究，发现泥石流沟道冲於总体表现出上游冲刷、下游淤积的特征，选择土石比和粒度分维值作为冲刷和淤积的判断参数。利用分形理论分析可知，泥石流堆积物颗粒粒径沿程具有逐渐衰减的层次性，建立了堆积物颗粒搬运-分形模型，提出关于以不同搬运方式运移的颗粒粒度分维值计算方法。同时发现分维数可以用来反应颗粒级配的优良性、含石量和松散度，泥石流堆积颗粒粒径分维数D越大，粗粒含石量越小，不均匀系数越大，松散度越小，渗透率越小。　　(5)利用静力学对泥石流工程效应进行了分析，建立了不同条件下的泥石流堆积形态计算模型。然后，根据沟道横截面形状将沟道分为U型沟道、V型沟道—沟道两侧呈线型、V型沟道—沟道两侧呈抛物线型三种类型，并分别对其沟道条件下的拦挡能力进行分析，得到相应的泥石流堆积量计算方法。　　(6)参考关于泥石流危险性评价的成熟模型，结合研究区特点，对研究区泥石流的形成有潜在影响作用的所有因子进行分析后，选取了泥石流发生规模、泥石流活动频率、震裂损伤程度3个主要因子和流域面积、主沟长度、流域最大相对高程差、沟壑密度、植被覆盖率5个次要因子作为泥石流危险性评价指标，运用层次分析法确定评价指标的权重值，建立了适用于强震区的泥石流危险度评价模型，从而得到不同降雨频率条件下的泥石流危险度值，然后利用MATLAB软件和SPSS软件建立非线性回归模型，最终得到了都汶高速公路映秀段三条典型泥石流沟（红椿沟、牛圈沟、麻羊站沟）的危险度值与降雨频率的曲线关系。
作者：	张雄
专业：	地质工程
导师：	裴向军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文