姚 巍，郭素芳，張書琴

（四川省蜀通巖土工程公司，成都610081）

“5.12”汶川大地震引發(fā)的崩滑地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量之多、規(guī)模之大舉世罕見，除此之外，地震產(chǎn)生的近源移動層也為泥石流的發(fā)生提供了豐富的物質(zhì)條件，由于震后各類潛在物源量急劇增加，使得震后泥石流爆發(fā)的臨界降雨量大大降低，造成震后泥石流發(fā)生的頻率和規(guī)模均顯著增加，這就意味著在今后數(shù)年，震區(qū)泥石流災(zāi)害將成為災(zāi)區(qū)的最大地質(zhì)災(zāi)害隱患之一[1－2]。

上門溝泥石流溝為老泥石流溝，但在震后，其活躍度明顯上升，說明泥石流的發(fā)育受構(gòu)造地質(zhì)作用的影響很大。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

上門溝溝域地形總體上屬深切割構(gòu)造侵蝕高中山地形。溝域內(nèi)總體上地形陡峻，形態(tài)近似漏斗形，溝域平均縱向長度3.16km，平均寬度1.7km，溝域面積2.4km2。溝域最高點(diǎn)位于北東側(cè)大將軍，高程3 230m，最低點(diǎn)位于上門溝匯入岷江口，高程1 560m，相對高差1 670m。溝域范圍及地形特征如溝域遙感影像圖所示（圖1）。

溝域岸坡以陡坡地貌為主，山體呈上陡下緩狀，平均坡度35°～55°，岸坡植被發(fā)育，地震前地質(zhì)災(zāi)害較少。但由于斜坡較陡，地形臨空條件發(fā)育，“5.12”地震后，溝內(nèi)新發(fā)育了崩滑等大量不良地質(zhì)災(zāi)害，為泥石流發(fā)育提供了大量松散固體物源。

圖1 上門溝溝域全貌圖（地震前）

1.2 地層巖性

研究區(qū)及附近出露的地層主要為寒武系基巖，巖性以灰色薄—厚層變質(zhì)砂巖夾千枚巖等變質(zhì)巖為主。受區(qū)域構(gòu)造影響，巖體較破碎。溝道內(nèi)還分布有崩塌堆積層、沖洪積層和泥石流堆積體。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

研究區(qū)位于九頂山華夏系構(gòu)造體系，區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要受茂—汶斷層控制，該斷層是龍門山構(gòu)造帶主要發(fā)生地震的斷裂之一。

本區(qū)挽近期斷裂活動與地震活動性均較強(qiáng)，區(qū)域穩(wěn)定性一般—較差，是中國地震活躍地區(qū)之一。區(qū)域地震動峰值加速度為0.2g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.3s，地震基本烈度為Ⅷ度。

2 泥石流的形成條件

2.1 地形條件

上門溝溝域形態(tài)為漏斗形，無支溝發(fā)育，溝域面積2.4km2。溝域最高點(diǎn)高程3 230m，溝口與岷江交匯處高程為1 560m，相對高差1 679m，溝長度3.16km，溝谷縱坡陡，平均縱坡降526‰。

上門溝泥石流溝沒有典型的流通區(qū)。根據(jù)泥石流形成條件和運(yùn)動機(jī)制及泥石流松散固體物源的分布，將溝域劃分為3片：（1）形成區(qū)：分布于上門溝上游，面積1.15km2，地形陡峻，坡度多為50°以上，溝谷縱坡大，達(dá)830‰，森林植被發(fā)育，主要為基巖斜坡，為泥石流的形成匯集水源和提供水動力條件。（2）泥石流的形成、流通區(qū)（物源區(qū)）（圖2～3）分布于上門溝中下游段，該溝道長度計1.55km，面積1.03km2，溝床縱比降一般為355‰，陡緩相間分布。該區(qū)溝谷切割強(qiáng)烈，岸坡陡峻，褶皺斷層發(fā)育。震后大量崩塌和滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，溝床堆積物較豐富，為泥石流的形成提供了豐富的物源。（3）流通堆積區(qū)溝道縱坡降為129‰。兩岸岸坡較緩，坡度一般約20°～30°，地貌上表現(xiàn)為古泥石流堆積地貌，扇區(qū)堆積厚度15～25m，扇區(qū)泥石流堆積物方量約1.26×104m3，堆積扇曾擠壓岷江使其此段成為凹岸。

圖3 形成區(qū)中下游豐富物源

由此可見上門溝具有山高、坡陡、溝床比降大、溝域面積較小、溝道較短的特征。巨大的地形高差，使處于坡面和溝床高度的松散堆積物擁有較大勢能，同時高陡的山坡為松散堆積物的啟動提供了有力條件，較短的溝道、較小的流域面積有利于降雨的快速匯集[3]。

2.2 物源條件

上門溝泥石流松散固體物源較豐富，且物源分布較為集中，主要分布于上門溝形成區(qū)流通區(qū)，包括崩滑堆積物源24處、溝道堆積物源3處和坡面侵蝕物源6處，這些物源成以砂巖夾千枚巖碎塊石為主，松散、破碎，粒徑以2～20cm為主，最大塊度0.6m。其總儲量及可能參與泥石流的動儲量見表1。

表1 上門溝泥石流物源統(tǒng)計表

2.3 降雨條件

根據(jù)氣象資料，茂縣多年平均降水量484.1mm，年最大降雨量為560.6mm，單日最大降雨量為75.2mm。4月—10月為降雨集中期，為444.4mm，占全年降水量的91.8%。據(jù)溪溝測流，上門溝下游枯期流量為0.03m3／s左右，而雨季則可達(dá)到1.0～4.0m3／s，為上門溝泥石流的形成提供了有利的水源條件。

3 泥石流的基本特征

3.1 泥石流各區(qū)段沖淤特征

形成區(qū)主要位于溝谷上游地區(qū)，縱坡比降較大，溝道大多松散層較薄或基巖裸露，植被發(fā)育，抗沖刷能力較強(qiáng)，因此該區(qū)溝床表現(xiàn)為沖淤特征不明顯。

形成、流通區(qū)則表現(xiàn)為有沖有淤，其沖淤特征與不同溝段坡降及溝谷彎道方向、溝床寬度的變化等有關(guān)。上部沖刷特征主要表現(xiàn)為溝谷側(cè)蝕和下蝕，于松散物臨溝側(cè)形成新鮮的陡坎。下部溝床寬度較大，沖刷能力相對較弱，在小規(guī)模暴雨洪水或泥石流條件下，以淤為主，在發(fā)生大規(guī)模暴雨洪水或泥石流時，則以沖為主。

流通堆積區(qū)分布于上門溝下游至與岷江交匯處，此段平均縱坡在129‰，且溝道寬度有限，這種條件決定了該溝段以淤為主的沖淤特征。

3.2 泥石流的堆積物特征

勘查中對泥石流溝道堆積物進(jìn)行了沿途采樣，并對樣品進(jìn)行了分析，繪制了顆粒級配曲線圖（圖4～5）[4]。

圖4 各級顆粒分布級配曲線圖

圖5 累積顆粒級配曲線圖

由圖4～5可見：堆積扇地區(qū)細(xì)粒含量較多，順溝道向上粗顆粒物質(zhì)含量逐漸增大。出山口以上的流通區(qū)內(nèi)物質(zhì)以碎塊石為主，且粒徑＜20mm的物質(zhì)普遍較低，表明此段溝道的沖淤特征以沖為主，通常水動力條件強(qiáng)大，而堆積扇區(qū)則反之，常表現(xiàn)為淤的特點(diǎn)。各剖面與泥石流的關(guān)系圖如圖6所示。

圖6 各剖面與泥石流關(guān)系示意圖

這種顆粒級配反映的溝床沖淤特征是溝床經(jīng)過地質(zhì)歷史時期長期積累的平均效應(yīng)，其沖淤變化是相對的，如溝下游段總體上體現(xiàn)出以淤為主的特點(diǎn)，但如果發(fā)生大規(guī)模泥石流時，溝道的沖淤變化也可能轉(zhuǎn)變成以沖刷為主的特點(diǎn)。

從上門溝泥石流堆積扇體的形態(tài)及擠壓主河的特征分析，上門溝為一老泥石流溝。扇區(qū)范圍總長度約350m，前緣寬度達(dá)360m，平均堆積厚度達(dá)15～25m，方量達(dá)1.26×104m3，而目前溝道主要由堆積扇體中央通過。堆積物質(zhì)為碎石土，碎塊石平均粒徑為0.3～0.5m，最大可見1.5m塊石。該碎石土無明顯的分層特征，分選差，粉黏粒充填，膠結(jié)程度好，可見堆積時間久遠(yuǎn)，為一次性大規(guī)模沖出。堆積體表層有一期近期形成的泥石流堆積物堆疊其上，物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、含碎塊石粒徑0.1～0.3m，可見厚度0.5～1.0m。

3.3 泥石流的靜力學(xué)和動力學(xué)特征

3.3.1 泥石流重度計算

在上門溝下游溝口采取泥石流堆積物配合溝水?dāng)嚢枘嗍鳚{體，經(jīng)詢問曾見過泥石流發(fā)生性狀的村民，將漿體攪拌成當(dāng)時泥石流漿體質(zhì)量濃度（主要參照2008年地震后發(fā)生泥石流的性狀）并進(jìn)行稱重，量測漿體體積，計算其重度作為泥石流流體的重度，計算公式參見DZ／T0220—2006《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》[5]（以下簡稱勘查規(guī)范）。計算結(jié)果如表2，上門溝泥石流重度為1.639～1.816t／m3。

表2 上門溝泥石流流體重度配方法計算表

按照勘查規(guī)范附錄H填寫泥石流調(diào)查表并按附錄G進(jìn)行易發(fā)程度評分，按表G.2量化評分（N）與重度、（1＋φ）關(guān)系對照，確定上門溝泥石流重度見表3。

表3 上門溝評分（N）與重度、（1＋φ）關(guān)系對照表

由以上可知，該泥石流介于黏性泥石流和稀性泥石流之間，根據(jù)調(diào)查泥石流流體性質(zhì)偏于黏性泥石流。由物源結(jié)構(gòu)及泥石流啟動條件，推測今后爆發(fā)較大規(guī)模泥石流時，流體重度應(yīng)偏小。因此，本次泥石流重度的綜合取值1.724t／m3。

3.3.2 泥石流的流量、流速

為滿足勘查及設(shè)計的需要，在上門溝不同溝段選擇5個剖面分別用雨洪法、形態(tài)調(diào)查法對泥石流流量進(jìn)行計算，并采用黏性泥石流公式對其流速進(jìn)行計算。經(jīng)比較，采用形態(tài)調(diào)查法求得的泥石流峰值流量計算結(jié)果普遍略小于雨洪法求得的結(jié)果，總體上形態(tài)調(diào)查法求得的流量值與雨洪法10a一遇的流量計算結(jié)果相當(dāng)，另采用形態(tài)調(diào)查法計算結(jié)果沒有暴雨頻率的概念，僅能代表當(dāng)次泥石流的特征值，而雨洪法則根據(jù)現(xiàn)有溝域面積、溝域植被發(fā)育分布情況和徑流系數(shù)進(jìn)行計算，具有預(yù)測性質(zhì)，因此，泥石流峰值流量采用雨洪法計算求得的結(jié)果。計算結(jié)果見表4～5。

表4 上門溝泥石流流速計算表

表5 上門溝泥石流峰值流量計算表

3.3.3 一次過程總量及沖出固體物質(zhì)總量

泥石流的發(fā)生具有暴漲暴落的特點(diǎn)，一次過程總量不僅與泥石流的最大流量及經(jīng)歷時長有關(guān)，且與匯水面積有關(guān)。據(jù)訪問，泥石流歷時約半個多小時，取T＝2 400s，按勘查規(guī)范公式計算P＝5%時泥石流的一次沖出總量為Q＝2.6×104m3，一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量QH＝1.14×104m3。

3.4 泥石流的性質(zhì)、發(fā)生頻率及規(guī)模

泥石流的性質(zhì)主要由泥石流體的黏度決定，而泥石流體黏度的大小，又取決于松散碎屑物質(zhì)中黏粒含量的多少[6]。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的泥痕情況及實(shí)驗(yàn)所得物源黏粒含量、查DZ／T 0220－2006《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》表F.1所得的泥石流重度1.724t／m3及泥石流溝爆發(fā)泥石流時的洪水情況（現(xiàn)場走訪）判斷，上門溝泥石流為黏性泥石流。

地震前，上門溝泥石流為低頻泥石流，由于震后物源增多，泥石流爆發(fā)的臨界降雨量大大降低，上門溝泥石流變?yōu)楦哳l泥石流。

根據(jù)其洪峰流量計算資料，上門溝泥石流屬中型泥石流。

4 泥石流的危害及發(fā)展趨勢

4.1 泥石流的危害

2008年震后3個月內(nèi)，上門溝發(fā)生了2次泥石流，出口至公路段，大量樹木被“揭皮”，泥位達(dá)到1.5～2.0m；2009年6月，上門溝再次發(fā)生洪水或泥石流，彎道泥痕高度約3.0～4.0m，漫過了已經(jīng)修建的排導(dǎo)槽。2008年8月泥石流造成堵塞G213國道涵洞，后越過路面堆積，沖毀房屋2間，淤埋田地1 333.33m2左右，導(dǎo)致大量蘋果果樹死亡，威脅兩岸村民安全。

4.2 泥石流的發(fā)展趨勢

根據(jù)前述對泥石流災(zāi)害史的調(diào)查，約100年前曾經(jīng)爆發(fā)過一次較大規(guī)模泥石流，另外20世紀(jì)80年代發(fā)生中等規(guī)模泥石流，其時間間隔約80a?！?.12”地震后，溝內(nèi)崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象增加，坡面侵蝕加劇，可能參與泥石流活動的松散固體物源量大增，泥石流爆發(fā)的規(guī)模和頻率顯著增高，僅2008年—2010年就接連發(fā)生泥石流3次，規(guī)模較小。現(xiàn)溝內(nèi)可參與泥石流活動的固體物源動儲量＞1.0×104m3，一旦遭到大暴雨的作用，勢必引發(fā)大規(guī)模的泥石流災(zāi)害。因此對其進(jìn)行治理是非常必要的。

5 治理措施

本次泥石流治理工程的主要措施為“穩(wěn)、攔、排”。在形成區(qū)（中上游）主要以穩(wěn)土為主，以穩(wěn)固上游邊坡、提高溝床上游基準(zhǔn)侵蝕面，控制和減少泥石流固體物源；在流通區(qū)（中游）主要以攔砂為主，把泥石流固體物質(zhì)攔在流通區(qū)內(nèi)，控制泥石流規(guī)模，改變泥石流流體性質(zhì)，減少進(jìn)入排導(dǎo)槽的固體物質(zhì)，從而有利于下游的排導(dǎo)效果；在淤積區(qū)（下游）主要以排導(dǎo)和清淤為主，以利于泥石流順暢排入岷江。

5.1 原有工程

自溝口沿上游方向350m范圍內(nèi)，主溝內(nèi)修建了5座小型谷坊，谷坊的高度普遍為2.0～3.0m，寬度一般為3.0～5.0m，頂部厚度一般0.5m左右，由漿砌片石建成。自溝口至G213國道交匯部位，修建排導(dǎo)槽，以涵洞形式通過G213，涵洞淤堵后斷面0.7m×2.0m。排導(dǎo)槽沿原來自然溝道進(jìn)行坡面護(hù)砌，混凝土護(hù)面，槽底作簡單的鋪砌。整個排導(dǎo)槽的長度大約350m，寬一般大于1m，最寬處約2.5m。槽深1.5m。

5.2 新建工程

對現(xiàn)有谷坊壩采用MU30漿砌塊石進(jìn)行加固，清除堵塞G213國道涵洞的堆積物，同時在公路外側(cè)的溝道兩側(cè)修建防護(hù)堤，保護(hù)兩側(cè)民房。

另設(shè)2道M10漿砌塊石重力式攔砂壩，從上游往下，分別是1＃、2＃攔砂壩。1＃攔砂壩頂寬2m，長32.33m；2＃攔砂壩頂寬2.5m，長43.93m，兩道壩有效高度均為5.5m，基礎(chǔ)埋深2.5m。為了防止泥石流過壩后沖刷壩基，在攔砂壩下游11m處分別設(shè)置副壩，采用M10漿砌塊石砌筑，1＃攔砂壩副壩高4.5m，埋入地下1.5m，頂寬1.5m，長14.47m；2＃攔砂壩副壩壩高5.5m，埋入地下1.5m，頂寬1.5m，長22.08m。在壩頂中部設(shè)置溢流口，溢流口寬度為20、28m，深度1.5m，排水孔布設(shè)在溢流口壩段，壩體中部設(shè)置兩排排水孔，孔高0.8m，寬0.5m，排水孔之間橫向凈距2m，縱向間距1.5m。

1＃攔砂壩的庫容約7 600m3，II＃壩的庫容約為5 025.5m3，總庫容量約12 625.5m3。

新舊工程的結(jié)合，達(dá)到了對泥石流災(zāi)害治理的目的，較為全面地治理了泥石流危害。

6 結(jié)語

通過對上門溝泥石流的形成條件和特征的研究表明，該溝為一條老泥石流溝，震后溝內(nèi)物源增多，啟動泥石流的降雨臨界值降低，泥石流轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l泥石流。該泥石流規(guī)模中等，易發(fā)程度高，危險性增大，且危害嚴(yán)重。針對這些特點(diǎn)提出了“3道攔砂壩＋原有谷坊壩＋公路涵洞清淤＋防護(hù)堤”的綜合治理方案，達(dá)到了穩(wěn)固上游物源、攔擋中游物源和下游排導(dǎo)的治理目的[7]。

[1]許強(qiáng).汶川大地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害主要類型與特征研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2009，20（2）：86－93.

[2]許強(qiáng).四川省8＃13特大泥石流災(zāi)害特點(diǎn)、成因與啟示[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2010，18（5）：596－608.

[3]游勇，劉金峰，陳興長.“5.12”汶川地震后北川蘇保河流域泥石流危害及特征[J].山地學(xué)報，2010，28（3）：358－366

[4]郭曉軍，蘇鵬程，崔鵬，等.7月3日茂縣棉簇溝特大泥石流成因和特征分析[J].水利學(xué)報，2012，43（增刊2）：140－146.

[5]DZ／T 0220—2006中華人民共和國國土泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[6]費(fèi)祥俊，舒安平.泥石流運(yùn)動機(jī)理與災(zāi)害防治[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：262－267.

[7]李德華，許向?qū)?，吉峰，?汶川縣映秀鎮(zhèn)紅椿溝特大泥石流工程防治及初步效果分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2013，21（2）：260－268.