崩岗泥砂流粒度特性及流体类型分析——以广东五华县莲塘岗崩岗为例

崩岗泥砂流是降雨过程中在崩岗流域内形成的一种固液两相流,是崩岗侵蚀泥沙向外输移的主要方式,泥砂流流体类型的判别也是崩岗治理的依据之一。通过野外考察与现场采样,对崩岗泥砂流的粒度组成特性进行了分析。结果表明,泥砂流容重介于1.16~1.60 t/m3之间,含沙量为257.03~960.55 kg/m3,且均自沟道上部至下部逐渐降低。泥砂流浆体以粉砂和黏粒物质为主。随着容重的增加,粒度曲线由单峰型转变为与风化壳土体类似的双峰型,呈现无分选搬运的特点,且流体粒度逐渐粗化。泥砂流固体物质中值粒径与流体容重有较好的线性正相关关系。通过对泥砂流与泥石流和黄土丘陵沟壑区高含沙水流粒度特性的对比后发现,泥砂流属于高含沙水流向泥石流过渡的中间类型,但与泥石流具有更为密切的关系,可以认为泥砂流是广义泥石流的一个亚类,即崩岗型泥石流。     

降雨条件下微生物技术治理崩岗侵蚀

崩岗是中国花岗岩地区危害最大的一种土壤侵蚀方式,坡面防护是崩岗侵蚀治理的重要措施。为研究微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术在花岗岩崩岗侵蚀区冲刷防护中应用的可行性,以福建省崩岗最为发育的安溪县官桥镇花岗岩土质覆盖层为研究对象,进行降雨条件下微生物治理崩岗的模型试验研究。采用喷洒加固法对崩岗坡面进行处理,然后利用降雨模拟系统冲刷坡面,最后分析了MICP加固技术对泥沙产量及坡面侵蚀深度的影响。结果表明：与未加固边坡相比,MICP固化边坡泥沙产量由未加固的7648.43 g下降至266.61 g,较加固之前降低了96.51%;最大侵蚀深度由未加固的60 mm下降至除个别侵蚀坑外边坡表面基本未发生侵蚀。     

华南地区崩岗侵蚀灾害及其防治

根据区域调查和定位研究资料,介绍了华南地区崩岗侵蚀及其灾害特点,概述了崩岗的形成、发育规律及其演变过程,分析了崩岗侵蚀及其灾害的影响因素。提出进行崩岗灾害防治时,应在水土保持传统方法基础上,整合水文地质学和工程地质学及其它相关学科理论,应用GIS技术对崩岗侵蚀进行科学监测和管理,为坡地利用和环境整治以及灾害防治提供依据。     

粤东崩岗侵蚀作用下土壤中Ti-Zr的重分布

粤东地区分布着大面积的花岗岩风化壳,由其形成的土壤在高温多雨的气候环境下极易发生崩岗等重力侵蚀,引起局部地球化学环境变化。本文探讨了粤东崩岗区不同剖面中的Ti、zr及有机质的重分布特征及其与有机质的关系;同时分析了不同剖面中Ti、Zr和有机质的含量。结果表明,侵蚀过程中径流对土壤颗粒的分选作用十分明显,搬运的崩落物离崩口愈远,其Ti、Zr含量愈高,Ti／Zr比值愈大;Ti、Zr含量在崩落物形成的剖面（HJ2）中与有机质呈明显的正相关,表明Ti、Zr迁移不仅与径漉分选作用有关,可能也与有机质的络合作用有关。崩壁剖面（HJ1）中Ti／Zr随深度的加大,整体上呈逐渐增加的趋势,Ti、Zr的分布与有机质相关性不明显。     

不同植被类型生态工程治理崩岗灾害效果对比

生态工程是治理福建省崩岗灾害的关键技术。在总结福建省崩岗生态工程治理模式、关键技术、恢复过程和机理等基础上,以安溪县官桥镇典型崩岗群为研究区,进行了植物为主、工程为辅的生态工程治理措施试验,选取耐瘠耐旱植物及经济植物,设计不同组合模式被覆于实验场地。在此之前,为保证边坡的自然稳定及利于人工作业,对崩岗坡面进行工程改造,使其坡度小于25°。原位测定试验场每日降雨量及各样方每次降雨产沙、产流量。初步监测结果分析表明,花岗岩风化丘陵区崩岗坡面采用马尾松与芒萁联合覆盖模式对于固土和径流拦截具有更显著的效果,该试验结果将为采用不同植被被覆治理崩岗灾害提供科学依据。     

花岗岩风化土崩岗破坏机理分析

崩岗破坏是红层土中特有的破坏形式,在花岗岩风化土中发育更为强烈,这与花岗岩风化土自身的力学性质有关。本文认为花岗岩风化土自身的结构性、粒间吸力特性决定了其遇水软化和崩解的性质,花岗岩风化土软化主要表现为减压软化和损伤软化,花岗岩风化土颗粒粒径和孔隙大小不均匀性,以至土体在吸水过程中吸力不平衡导致其崩解作用。花岗岩风化土遇水发生软化和崩解是崩岗发生的内因,为崩岗破坏水土流失提供了物质来源,长期的水与重力作用是崩岗发生的外因,为崩岗持续发展提供了动力,在上述内因和外因作用下,最终形成了崩岗地貌。     

干湿效应下崩岗岩土不均匀沉降变形规律与崩壁崩坍机制

发育于花岗岩出露区崩岗岩土受干湿效应影响显著,导致崩壁坍塌和工程设施受损。通过崩解和快速固结试验,采用6种干湿水平研究干湿路径、固结压力对崩壁岩土相对变形率的影响。结果显示,脱湿过程中裂隙性是影响相对变形率主要因素,而在增湿过程中基质吸力、崩解性、土壤质地则共同决定了不同压力下相对变形率高低。当超过平均先期固结压力103.06 kPa后,相对变形率随固结压力增加而增大;压缩系数与初始含水率呈指数递增关系,初始含水率超过25%后压缩系数剧增;红土层①的压缩系数变化幅度最广（0.15~0.62 MPa-1）,均值最大（0.31 MPa-1）。从干湿效应导致的不均匀沉降角度揭示了崩壁崩坍机制,并讨论了崩岗区水保工程和监测设施不均匀沉降防治原则。其结论可为崩岗防治,工程设施维护提供一定科学依据。     

冰碛土体起动泥石流的特征研究

与广泛分布于干旱河谷的宽级配砾石土体特征不同,冰碛土广泛分布在青藏高原地区,属粗大颗粒多、粘粒含量少、摩擦阻力大、粘滞阻力小的宽级配砾石土体。在冰川融雪与降雨的共同作用下冰碛土体可失稳并起动泥石流,形成灾害。针对冰碛土体起动泥石流机理研究薄弱的现状,本文选取波密县帕隆藏布流域的支流嘎弄沟一冰碛土堆积坡面,通过模拟降水与冰雪融水起动冰川泥石流实验,比较不同颗粒组成、不同实验条件下的土体起动泥石流特征,分析其起动成因及力学特性,探讨冰碛土体起动泥石流的机理。研究发现冰碛土体失稳起动泥石流是粘滞阻力降低、孔隙水压力升高、拖曳力与渗流侵蚀共同作用的结果,起动过程受粘土颗粒含量和径流类型的影响。当粘粒含量较高时(>3%),土体通过铲蚀与面蚀形成泥石流;粘粒含量中低时(不高于3%),大部分坡面土体主要经掏蚀与坍塌起动泥石流;粘粒含量过低时(<0.32%),土体难以起动泥石流。在降水作用下土体孔隙水压力迅速增加,易造成土体破坏,起动泥石流;而在冰雪融水的作用下,土体孔隙水压力波动幅度不大时,土体同样可能发生失稳破坏起动泥石流。     

胶东地区郭家岭花岗闪长岩的地球化学特征及成因

本文系统地报道了郭家岭花岗闪长岩的主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素组成,重点讨论了郭家岭花岗闪长岩的岩石成因、成岩物质来源及其地质意义.研究结果表明,郭家岭花岗闪长岩的SiO2含量从62%至72%,Na2O/K2O=0.64-1.79,多数样品大于1.0;K2O+Na2O值为7.34-8.49%,铝指数A/CNK=0.82～1.1,属于准铝质或过铝质Ⅰ型花岗岩;高Sr含量(Sr＞800μg/g)、低Y和Yb含量(Y＜10μg/g;Yb＜1.0μg/g)、轻重稀土分馏强烈(LaN/YbN=17.4～47.8);这些地球化学特征类似于adakite、太古代TTG岩系、Na质花岗岩及HiSrBa花岗岩而不同于岛弧环境的英安岩.高的初始87Sr/86Sr比值(0.7094～0.7114),负的δNd(t)值(-11.2～-17.5),表明花岗闪长岩与adakite、HiSrBa花岗岩的成因不同而类似于Na质花岗岩和TTG岩系,即郭家岭花岗闪长岩是由下部地壳镁铁质岩石脱水部分熔融作用形成的.Nd同位素与胶东地区基性脉岩的Nd同位素组成相近,表明二者有可能具有相似或相同的源区.但基性脉岩出露面积明显小于花岗岩,二者之间存在着SiO2成分间隔,并且基性脉岩的不相容元素明显高于花岗闪长岩,从而表明花岗闪长岩不是基性脉岩结晶分异的产物,这与由幔源岩浆直接分异形成的高Sr、Ba花岗岩(HiSrBa)的成因不同.因此,花岗闪长岩有可能来源于早先与脉岩源区相似的基性岩浆底侵作用而形成的下地壳镁铁质岩石.其地球化学特征表明母岩浆在岩浆演化过程中经历了少量地壳混染作用.Mg#＞50的岩石具有高Sr、Sr/Y、La/Yb等地球化学特征,表明岩浆形成时源区残留相中含有密度较大的石榴石,从而可能引起下地壳物质及岩石圈地幔的拆沉.这对研究胶东地区地区乃至中国东部在中生代期间岩石圈强烈减薄作用的机制和过程具有重要的地质意义.     

黏土颗粒含量对蒋家沟泥石流启动影响分析

黏土颗粒在泥石流中的含量并不大,但却显著地影响着泥石流的启动。在室内通过筛分配成9种不同黏粒含量级配的土体,在自行设计的模型槽内以1.64 g/cm3（松散干密度）,1.79、1.94 g/cm3（天然干密度）3种干密度堆成边坡模型,在雨强为85 mm/h下进行人工降雨试验,初步探讨了黏土颗粒含量对泥石流启动的影响,得到：黏粒含量在5%～18%时可以形成泥石流,其中黏粒含量10%时所需时间最短,低于5%或大于18%难以形成泥石流,黏粒含量具有临界性;填筑干密度越大,泥石流启动越困难,表现在启动时间长、深度浅、规模小、且填筑干密度不改变黏粒含量临界性;降雨条件下土体入渗率越高,泥石流越容易启动产流。通过试验的研究,可以深入揭示泥石流形成的内在机制,黏粒含量临界性为泥石流预测、预报提供了新思路。     

Analysis of the Grain Size Properties and Flow Body Classes of the Mud Sand Flow: An Example of Liantanggang Collapsing Hill and Gully in Wuhua County of Guangdong

Mud sand flow is a kind of solid-liquid two-phase flow formed in collapsing hill and gully basin during rainfall. It is the main way to export erosion product. The discrimination of its fluid type is one of the collapsing hill and gully control theoretical basis. This paper analyzed the basic characteristics of mud sand flow like grain size and so on through fieldwork and sampling. The results show that the density of mud sand flow is between 1.16~1.60 t/m³ and the solids content is between 257.03~960.55 kg/m³, both of which decrease from the upper to the lower channel. The slurry of mud sand flow is composed mainly of silt and clay. As the density increases, the particle size distribution curve transforms from a single peak to the bimodal distribution similar to the weathering crust with no sorting, and the grain size of mud sand flow becomes coarser which shows a well positive linear correlation between the sediment median particle diameter and density of mud sand flow. The comparison during mud sand flow, hyperconcentrated flow and debris flow shows that collapsing hill and gully mud sand flow, which belongs to an intermediate class between hyperconcentrated flow and debris flow, has a closer link with debris flow. Therefore, mud sand flow can be considered as a sub-class of generalized debris flow that may be called as collapsing hill and gully type debris flow.     

四川西昌“3·30”火烧区响水沟火后泥石流成灾机理

2020年3月30日,西昌市经久乡发生森林大火,响水沟流域植被被林火大面积烧毁,同年雨季,响水沟流域内多条沟道暴发泥石流,其中1#、2#、3#沟毗邻居民房屋和耕地,影响较为严重。通过野外调查、遥感解译和室外试验,以响水沟1#、2#、3#沟为研究对象,分析了不同林火烈度下,渗透特征、坡面侵蚀和沟道侵蚀的差异,从而揭示响水沟火后泥石流的成灾机理。结果表明,林火是泥石流暴发的重要诱因,火后泥石流的降雨阈值会明显降低。林火干扰导致坡面土壤的渗透系数表现出不同程度的降低,林火烈度越严重的区域,渗透系数越小,降雨更大比例地转化为坡面径流参与到坡面侵蚀。随降雨次数的增多,轻度、中度、重度火烧区域的坡面土壤侵蚀深度均增加;中度、重度林火烈度的侵蚀深度差异不大,且明显高于轻度区域,说明当林火烈度达到中度时,坡面土壤便会受到较大程度的侵蚀。地形条件相似的沟道,林火烈度越严重,泥石流侵蚀能力越强,最终体现于沟道两岸崩滑体数量越多,沟道宽度和深度越大。     

甘肃岷县浑水沟泥包砾成因机制及其灾害意义

2020年8月, 甘东南地区持续降雨且伴随多个强降雨过程, 岷县梅川镇浑水沟暴发泥石流, 左岸方家山滑坡失稳下滑, 严重威胁沟口成兰铁路安全。基于野外调查、遥感解译和室内测试结果, 分析泥包砾的形态结构、矿物组成以及堆积特征, 研究泥包砾形成的地质环境和机制, 探讨泥包砾的灾害意义。研究结果表明: 泥包砾分布于浑水沟流通区下游及堆积区, 呈球形且具多层结构, 由石英、方解石、黏土矿物等组成, 其形成主要受控于流域第四系黄土和古近系泥岩中的黏土矿物, 而较缓的沟道、岸坡黄土滑坡和崩塌的发育以及适宜的水动力条件, 促进了泥包砾的形成和自生加大; 泥石流冲击力随着泥包砾粒径的增大而增大, 再起动所需临界泥石流流速相较于块石较小; 泥包砾是古近系泥岩与泥石流共同作用的结果, 具有加剧泥石流危害的作用, 因此亟需治理浑水沟泥石流以保证成兰铁路的安全运营。      

我国南部红土区的水土流失问题

本文提出华南红土区水土流失的重大问题。水土流失的方式有:(1)坡面散流侵蚀;(2)暴流冲沟侵蚀。按风化分层出露情况可将花岗岩丘陵区的水土流失分为德庆崩岗型和五华沟谷型两大类。当风化层底部砾石层出露时,则地表呈“石蛋地形”,可用这种地表形态结构作为水土流失划分的指标。     

四川汉源康家坡滑坡形成机理与滑坡—堰塞坝—泥石流灾害链分析

2018年8月6日中午12时,汉源县富泉镇西沟发生大规模滑坡,约1.50×10~6 m~3松散碎块石土在前期持续降雨作用下沿西沟右岸高速滑出、解体,并在主沟道内形成堰塞坝,体积约4.00×10~5 m~3。滑坡造成1人失踪,近6.70×10~3 m~2耕地被毁,紧急转移50余人。通过现场实地调查,结合无人机航飞、三维建模、地质、地震、水文、气象等资料,对康家坡滑坡基本特征进行了调查研究,调查表明,有利的地形条件、松散的覆盖层、充沛的前期降雨入渗及溪水对坡脚的冲刷是形成滑坡的主要原因。西沟原本为一条高频泥石流沟,本文在此基础上分析了堰塞坝溃坝的可能性及灾害链成灾模式。     

黄土陡坡降雨冲刷试验及其三维颗粒流流-固耦合模拟

针对坡角为70°的黄土边坡,进行2.7 mm/min降雨强度下的室内坡面冲刷试验。根据边坡冲刷破坏的过程特征,将边坡侵蚀方式演变过程归纳为试验初期的片蚀、中期的细沟侵蚀、到后期的切沟侵蚀和坍塌。试验中坡顶处侵蚀强度大于其他部位,当坡面形成上下贯通的切沟之后,水流开始掏蚀沟槽底部土体,随着冲刷的持续,切沟两侧土体强度降低,坡顶土体发生坍塌。以此为基础利用三维颗粒流软件PFC3D对边坡降雨冲刷过程进行流-固耦合模拟,在模拟颗粒大变形的同时得到颗粒运动轨迹、孔隙率、流体单元内流速等重要参数,这些参数的定量变化过程反映了降雨过程中边坡遭受侵蚀程度及水流侵蚀能力的分布规律:坡顶处侵蚀最为强烈、水流侵蚀能力最强,且两者随高度降低呈减小趋势,与室内试验结果一致。     

青海省格拉沟形成演化机制及其主要工程地质问题

格拉沟位于青海省内陆滩地，其形成演化反映了西北地区典型的水土流失过程。文章在收集大量野外资料的基础上，研究了格拉沟的形成演化机制，并对该沟道主要工程地质问题进行了探讨。分析认为，格拉沟形成演化是该地区特殊的内因外因共同作用的结果，基于此对其发育演化阶段进行了划分与预测。该沟主要工程地质问题为边坡稳定性、渗透稳定性、河流侵蚀等。其中边坡稳定性主要包括天然岸坡整体稳定性及崩塌、坠溜、滑塌等；渗透稳定性主要包括潜蚀与管涌；河流下切与溯源侵蚀则成为岸坡失稳破坏的重要诱发因素。探讨格拉沟形成演化机制及其主要工程地质问题，对于研究西北地区水土流失机理及其产生的环境问题具有一定的借鉴作用。     

汶川县新桥沟泥石流危险性预测及防治对策

受“5．12”地震影响．汶川境内中高山峡谷地区众多流域内诱发了岩体崩塌及浅表土层滑坡．松散固体物源大量增加,为泥石流的形成创造了条件,从而使地震灾区泥石流沟暴发频率已较震前有显著提高。通过对新桥沟泥石流的流域、水源和物源特征的分析,认为该泥石流沟地形起伏大、水源充沛、物源发育等条件,暴发泥石流的的可能性较大。通过现场的物源分布情况,为在投资预算范围内取得最大的拦砂经济效益比,分别在流域内中下游、中游、中上游及上游设置4拦挡坝,以及修建排导槽工程,为有效预防泥石流提供了保障。     

Influence of bare soil and cultivated land use types upstream of a bank gully on soil erosion rates and energy consumption for different gully erosion zones in the dry-hot valley region,Southwest China

This study assessed temporal variation in soil erosion rates in response to energy consumption of flow (ΔE). It employed an in situ bank gully field flume experiment with upstream catchment areas with bare (BLG) or cultivated land (CLG) that drained down to bare gully headcuts. Water discharge treatments ranged from 30 to 120 L Min⁻¹. Concentrated flow discharge clearly affected bank gully soil erosion rates. Excluding minimal discharge in the CLG upstream catchment area (30 L min⁻¹), a declining power function trend (p ≤ 0.1) was observed with time in soil erosion rates for both BLG and CLG upstream catchment areas and downstream gully beds. Non-steady state soil erosion rates were observed after an abrupt collapse along the headcut slope after prolonged scouring treatments. However, as the experiment progressed, ΔE and energy consumption of flow per unit soil loss (ΔEu) exhibited a logarithmic growth trend (p < 0.1) at each BLG and CLG position. Although similar temporal trends in soil erosion and infiltration rates were observed, values clearly differed between BLG and CLG upstream catchment areas. Furthermore, Darcy–Weisbach friction factor (f) values in the CLG upstream catchment area were higher than the corresponding BLG area. In contrast to the BLG upstream catchment area, lower ΔEu and higher soil erosion rates were observed in the CLG upstream catchment area as a result of soil disturbances. This indicated that intensive land use changes accelerate soil erosion rates in upstream catchment areas of bank gullies and increase soil sediment transport to downstream gullies. Accordingly, reducing tillage disturbances and increasing vegetation cover in upstream catchment areas of bank gullies are essential in the dry-hot valley region of Southwest China.