从空间Poisson过程看蒋家沟泥石流

云南东川蒋家沟泥石流频率高,变化多.每场泥石流包含几十到几百个阵流,各阵流具有不同的密度、流体性质和运动形态,流量涨落达3个数量级.这些特征意味着泥石流具有很强的随机性.根据蒋家沟的演化分区和野外观测,可以发现泥石流形成于特殊的源地分支.土体活动(包括滑坡、崩塌和局部的土体流动等)随机发生在那些分支流域,如果认为各源地的土体活动是独立的,而且活动强度正比于源地的面积,那么泥石流的形成和汇流就是一个空间Poisson过程.其结果是阵流流量服从指数分布,这很好地符合蒋家沟的泥石泥观测数据.从蒋家沟泥石流的随机性可见,泥石流依赖于流域的特定源区及其分布,而不是笼统地取决于全流域的地貌或几何因子.     

降雨对泥石流源地土体活动的指数式放大效应

多数泥石流是从坡面活动开始的.坡面的不稳定土体活动,如崩塌、滑坡等,既是泥石流的物质来源,也决定着泥石流的形成方式和规模变化.四川汶川牛圈沟和北川魏家沟泥石流源地坡面人工降雨实验表明,坡面土体活动是间歇、涨落的随机过程,崩塌的时间间隔随着降雨强度的增大呈指数减小,每组实验中的崩塌总数目和雨强的关系如N=CN exp(kN IR);崩塌规模随着降雨强度的增大呈指数增大,每组实验中平均崩塌量与雨强的关系如M=CMexp(kM IR);坡面崩塌的总量可以表示为:V=NM=CNCM exp((kN+kM)IR);受土体颗粒粒径的影响,不同坡面崩塌量随雨强变化的参数不同,研究揭示了大规模泥石流的形成是由于源地土体活动强度随雨强的指数式增强.     

泥石流颗粒组成的分形特征

泥石流是主动的流域物质输移形式,土体的颗粒组成决定了泥石流的活动。不同地区、不同流域、不同密度的泥石流样本分析表明,高密度(如籽s>2g/cm3)泥石流的颗粒分布曲线总体上具有指数形式,指数呈现出显著的区域性差异。泥石流多发生在一定的指数区间;颗粒组成具有良好的分形特征,不同密度泥石流颗粒的分形区间不同,这个区间可以认为是形成泥石流结构的颗粒区间,从而也确定了泥石流基质的颗粒界限;颗粒的分维随密度变化,密度越大(大颗粒含量越多),分维越大。颗粒的分形结构也是颗粒孔隙的分形结构,它决定了土体的液化,因而也决定了泥石流所表现的特征。     

云南东川蒋家沟宽级配砾石土原位渗透试验初步研究

土体的渗透试验是研究滑坡转化泥石流起动过程和机理的重要研究手段。选择泥石流典型流域——云南东川蒋家沟的泥石流源地土体和堆积土体进行原位土体渗透试验。由于宽级配砾石土的与众不同的特征，表现出特殊的渗透特性。通过试验发现：1．泥石流源地土体的渗透特性的原位渗透系数依次由大到小顺序为林地→耕地→灌丛→荒地→滑坡前缘；2．有表层的堆积土体的渗透性比去除了表土层的渗透性小得多；3．堆积土体的侧渗性很大。结合蒋家沟径流与人工降雨实验，发现在宽级配砾石土体中渗流出的浑水中有许多细颗粒土体，可以认为宽级配砾石土体的渗流不同于一般的渗透，其伴随有细颗粒土体的运移，随时间发展土体渗透性在空间上和时间上都在不断变化。     

细颗粒迁移在泥石流形成过程中的作用

针对松散物质异常丰富孕灾环境条件下泥石流的形成过程和泥沙来源,设计了人工降雨条件下泥石流形成试验,主要获得以下结果:1.震后孕灾环境条件下泥石流的形成首先需要细颗粒的起动,然后夹杂大颗粒运动,径流量快速增加,并伴随着沟道堵塞-溃决现象,形成阵性泥石流;此后随着细颗粒的迁移,沟道粗化现象严重,泥石流现象逐渐消失。2.坡面首先对降雨开始响应,发生崩塌形成堰塞体,对沟道侵蚀产生较大影响,并伴随着坝体松散物质溃决向下游迁移。3.泥石流的泥沙主要来源于沟道中下游,其次是沟道中上游和源头坡面,三处的泥沙来源占到70%以上。4.土体对降雨的响应明显,孔隙水压力和含水量在不同时间段和不同部位变化曲线具有明显差异,并出现一定的波动特征,其不仅受到降雨的影响,同时对土体细颗粒含量和土体结构也有明显响应。5.细颗粒在泥石流的形成过程中扮演者非常重要的角色,其位移和汇集均对流域地形的演化和泥石流的形成产生影响。在泥石流形成预报时,应考虑土体细颗粒含量,不同的细颗粒含量其泥石流起动时临界含水量和孔隙水压力差异较大。     

泥石流源地土体应力应变特性对降雨响应过程的分析——以蒋家沟泥石流为例

根据对蒋家沟泥石流源地的崩塌、滑坡、散流坡,在旱季与雨季不同时段,降雨入渗后的土壤含水状况观测,以及泉水季节性变化,详细分析了泥石流源地崩塌、滑坡、散流坡土体的应力应变特性对降雨的响应过程差异.在雨季滑坡临空面和滑坡体内的土体含水量分别为6.67%、4.8%,滑坡活动主要是通过前缘剪出口崩塌方式补给下方沟床.崩塌体由于土体结构极为松散,在雨季该土体含水量通常高达8.85%～16%,使其土体的抗剪强度(C、φ)处于极限应力状态,一旦遇到降雨浸润和冲刷,迅速触变液化,转化为高浓度泥石流的侵蚀产沙过程.     

泾河中游古耕作土壤的微形态特征研究

通过野外调查,应用偏光显微镜和图像处理软件等手段,结合理化分析,研究了泾河中游古耕作土壤的微形态特征。结果表明:古耕作土壤是中壤土;骨骼颗粒磨圆度好,以石英、长石等不易风化矿物为主,并含有石英复合晶、石英或长石的扁平状单晶等外来物质;细粒物质主要是粘粒和次生方解石。古耕作土壤的基本微垒结为海绵微垒结;根孔、虫孔发育,裂隙不发育;土壤形成物主要是铁质粘粒浓聚物和不同形式的次生方解石;前者的丰度和铁质浸染强度高于表土层和母质层。光性定向粘土极少量。     

崩滑土体坡面运动过程研究现状与展望

崩滑土体坡面运动包括刚性块体整体滑动、崩滑泥流、崩滑破碎3种形态;根据粗颗粒间介质差异,崩滑破碎运动可分为无粘碎屑崩滑运动、粘性碎屑崩滑运动;根据运动过程不同形态,将崩滑破碎运动分为崩滑破碎、粗颗粒与泥浆混合运动、泥石流3个阶段。概述崩滑土体坡面运动过程调查实验研究现状;分析块体滑动摩擦理论、流体理论、散粒体理论在崩滑土体坡面运动过程应用情况,指出块体滑动摩擦理论、流体理论在描述崩滑破碎运动过程的不足;分析崩滑破碎后,间隙介质对粗颗粒运动的影响,指出目前散粒体理论描述崩滑土体坡面运动过程的不足,提出通过设定颗粒间的细观力学参数来再现崩滑土体复杂破碎运动过程的思路和重点研究的内容,为下一步研究提供依据。     

稀性坡面泥石流粗颗粒在不同水力作用下的起动

"5.12"汶川地震产生了大量崩滑堆积体,这些棱角状粗颗粒体在水流激发下易起动形成坡面泥石流。在对汶川地震区坡面泥石流地质模型调研基础上,建立以立方体为稀性坡面泥石流粗颗粒的基本模型,结合坡面泥石流的宽级配特性,提出立方体模型的滑移、翻转(包括绕边翻转、绕支点翻转及嵌固绕边翻转)等起动方式。并以水力学、泥沙动力学为理论基础,推导得出粗颗粒在滑移、翻转起动方式下的起动平均流速公式。参照陈伯奇的实验数据,计算粒径为5~10 mm颗粒在不同坡度条件下的起动流速,并对比显示两者具有较好的吻合性,表明立方体作为稀性坡面泥石流粗颗粒的起动模型是合理的。计算结果也表明,在同一坡度条件下,粗颗粒滑移起动所需的水流激发流速最低,绕边起动次之,颗粒嵌固起动所需的激发流速最大,如坡度为30°条件下,滑移起动的水流激发流速为0.349 m/s,绕边起动为0.430 m/s,嵌固起动为0.473 m/s。据此推断,当水流达到一定流速(如30°坡度下、流速为0.349 m/s)时,粗颗粒的最初起动以滑移为主;随着流速增大,逐渐出现翻转起动;当水流流速急剧增大时,大部分嵌固粗颗粒会以翻转的方式瞬间起动,从而形成稀性坡面泥石流。成果对稀性坡面泥石流起动条件研究具有一定的理论意义,对泥石流灾害预警具有一定的指导作用。     

浙江省泥石流形成及成灾特点

浙江地处我国东南沿海,近几年频繁遭受泥石流等山地灾害的危害。由于所处地理地质和气候环境,发育的泥石流有其独特的地域特征。从泥石流的发育特征、形成过程等探讨了浙江泥石流形成的机理,分析了其成灾特点。结果表明,浙江省泥石流为滑坡、崩塌转化型泥石流,泥石流的形成机理及过程主要为:强降雨下滑坡、崩塌发生,持续强降雨使得滑坡、崩塌松散物流化从而形成泥石流。滑坡、崩塌转化型泥石流在流域特征上表现为形成区坡度大,易发滑坡、崩塌,水力条件充分等。泥石流灾害具有低频性、群发性、并发性、突发性、夜发性、危害大等特点。     

西藏土壤侵蚀敏感性分布规律及其区划研究

西藏土壤侵蚀类型多样,其中水土流失、土地沙漠化、冻融侵蚀以及崩塌、滑坡和泥石流等侵蚀类型广泛分布,危害严重。本文对前三种土壤侵蚀类型敏感性特点及其分布规律进行了评价,在此基础上,作出了西藏土壤侵蚀敏感性综合区划,并对各分区主要特点作了简要的描述。为土壤侵蚀防治和生态环境保护与建设提供依据。     

白龙江中游干旱河谷水土流失与地理环境

基于实地调查研究,结合现有资料和研究成果,总结分析白龙江中游地理环境结构特点,调查研究该区水土流失性质、带状分异特征以及小流域形态结构,剖析地理环境与水土流失作用关系,提出以小流域为单元,以其空间结构有序和区段功能有序特征,配置水土保持防治措施体系,为建立综合治理模式提供有效参考。     

河南渑池县仰韶村遗址不同土层微形态特征研究

仰韶文化时期气候环境与古人类活动是如何变化？大部分变化信息尽管从宏观视野中消失,但却保存在土壤微形态中。故文章采用土壤微形态学方法,对仰韶村遗址一处含有文化层区域进行多点采样,通过比较古土壤、文化层和表土层土壤微形态特点差异,研究了气候变化及古人类活动对土壤微形态的影响,为探究仰韶文化时期的古人类活动遗迹和古农业发展状况提供依据。结果显示：1）古土壤层中具有明确边界的铁质垒结形成物,粗粒质多分解细小颗粒,呈现堆积状,细粒质多为微晶b-垒结,细粒质与粗粒质相对分布主要呈现包膜状和桥接状,孔隙壁附着锰质胶膜。2）文化层中粗粒质多分解细小颗粒,呈现堆积状,细粒质呈现出多种b-垒结,细粒质与粗粒质空间关系也呈现多样化。孔隙壁附着腐殖质,孔道内填充炭屑。3）表土层中土壤形成物主要为继承性钙质形成物和钙质新生体,还可识别淀积黏粒体,土壤垒结回归单一,孔隙呈现出堆集性不规则非稳定态。研究发现：1）古土壤层主要受暖湿气候影响,脱硅富铁铝化作用明显,次生矿物以赤铁矿为主。古人类开始居住活动,促进了土壤发育,淀积黏化作用明显,黏粒胶膜发育充分。2）文化层主要受到古人类活动影响,古人类活动强度增强,土壤形成...     

人类干扰对土壤侵蚀及土壤质量的影响——以苏南宜兴低山丘陵区为例

以苏南低山丘陵区茶园土壤侵蚀与土壤质量改变为研究对象，并取自然状态的杂木林为参照，用^137Cs法估算土壤侵蚀速率；以土壤粗化度、土壤有机质含量及土壤含水量描述土壤质量；在绝对数值的基础上，用变化量探讨研究对象的变化方向与幅度。对比耕作土与非耕作土的土壤侵蚀与土壤质量改变及将它们结合起来研究表明，人类活动有可能加剧土壤侵蚀，加快土壤质地粗化；合理的农业措施虽可减缓土壤质量下降，但防治侵蚀方可治本。     

黄土高原典型地区土壤侵蚀共性与特点

通过对黄土高原典型地区土壤侵蚀以往的研究结论进行综合分析，在比较土壤侵蚀相似性和差异性的基础上，对这些典型地区土壤侵蚀的共性与特点进行了研究，结果表明：1、黄土高原典型地区土壤侵蚀影响因素有降雨、地形及土地利用；2、黄土高原各典型地区主要侵蚀类型为水蚀及重力侵蚀；主要侵蚀发生时间为汛期；主要侵蚀空间分布特征为具有垂直分带性；3、绥德地区侵蚀产沙强烈，天水地区侵蚀相对轻微，安塞地区各种侵蚀特征典型。西峰地区土壤侵蚀特殊。     

良好植被区泥石流防治初探

通过对近年来发生在良好植被区的几次重大泥石流、滑坡灾害的考察,发现植被在泥石流、滑坡形成中的作用有待于进一步认识。通过分析,当中小强度降雨激发下,植被能够削减泥石流、滑坡灾害的规模,甚至抑制泥石流、滑坡灾害的发生;当降雨超过一定阀值后,在水作用下,植被不但不能削减灾害规模,反而增大灾害的规模。在这类地区,简单地使用一般的防治措施,已经不能满足防灾、减灾的需要,客观要求针对这些地区泥石流灾害的形成原因、危害特征,研究防治对策。经初步研究提出3点防治措施:1)加强泥石流滑坡灾害的预测预报工作;2)在重点区域设置自动雨量记录报警装置;3)特别针对漂木拦挡,采取新型结构减轻泥石流的危害。     

论泥石流学

泥石流学具有明确的研究对象、完整的学科体系和系统的研究方法，完全可以作为一门独立的学科；泥石流是一种复杂的山地灾害现象，研究难度大，研究历史又短，故泥石流学理论体系的成熟还需有个发展过程．泥石流学是一门正在趋向完善的新兴边缘学科．     

区域性土壤形成特征及其在土壤基层分类和土壤质量评价中的应用

结合区域基层分类研究提出了区域性土壤形成特征的概念，指出它们既是土壤基层分类的鉴别标准，也是决定区域土壤基础质量的重要因素。在分析典型区域土壤形成特征的基础上，探讨了它们在基层分类和土壤质量评价要素中的共性和应用，指出这有助于全面地理解土壤质量而不是简单地将其等同于耕层养分状况。介绍了服务于土壤基层分类和质量评价的公用数据库的结构。     

汶川5·12地震次生泥石流沟应急判识方法与指标

5·12汶川大地震诱发了崩塌、滑坡、泥石流等次生灾害,崩塌、滑坡堆积物给泥石流的形成提供了大量松散固体物质,将导致灾区部分山洪沟转化为泥石流沟,为此,给出了一种泥石流沟的判识方法和指标.调查发现,汶川灾区的地形地貌和降雨条件满足泥石流的暴发条件,提出用流域单位面积的松散固体物质方量来判识泥石流沟;调查西部山区的50条泥石流沟,提出以0.1 m3/m2的松散固体物质量作为泥石流沟的判别指标,以2m3/m2的松散固体物质量作为粘性泥石流沟的判别指标.     

金沙江下游云南小江流域山地灾害综合区划

在分别完成云南小江流域泥石流危险度区划、滑坡危险度区划和土壤侵蚀强度分区的基础上,对小江流域山地灾害进行综合区划。结果为,共分为三个不同等级的山地灾害综合区:(1)一级(高危险度)山地灾害综合区,(2)二级(次高危险度)山地灾害综合区和(3)四级(低危险度)山地灾害综合区;无三级(中危险度)山地灾害综合区。其中一级(高危险度)区面积1 425.34 km2,有泥石流沟84条,占区划区域泥石流沟总数的60.0%,有滑坡137个,占区划区域滑坡总数的77.4%,土壤侵蚀强度以轻、中度为主;二级(次高危险度)区面积756.79 km2,有泥石流沟35条,占区划区域泥石流沟总数的25.0%,有滑坡34个,占区划区域滑坡总数的19.2%,土壤侵蚀以轻、中度为主;四级(低危险度)区面积863.20 km2,有泥石流沟21条,占区划区域泥石流沟总数的15.0%,有滑坡6个,占区划区域滑坡总数的3.4%,土壤侵蚀以轻度为主。