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“5.12”汶川地震灾区泥石流灾害具有规模超大性、群发性和潜伏性等特点。针对这些特点,监测预警将是及时有效而经济合理的防灾手段,而泥石流监测预警系统的核心就是泥石流启动的特征阈值。本文通过野外调查、历史数据统计分析、理论分析和室内外实验研究了成都龙门山区地震次生泥石流形成特征,以及崩积砾石土土体破坏启动泥石流时的特征阈值,取得了以下成果:
(1)2008年“5.12”汶川地震至2010年7月成都龙门山区已有泥石流灾害记录67次;具有潜在危险的泥石流沟248条。泥石流分布具有带状、岛状以及沿地形坡向分布等规律。
(2)成都龙门山区降雨丰富、坡度陡峻再加上汶川地震诱发形成的大量松散固体物质,完全满足泥石流形成要求。成都龙门山区现有松散地震崩积物29993.65×104m3,其中彭州和都江堰两市地震崩积物分布较为集中,占整个研究区总量的81.7%,这与“5.12”汶川地震后研究区内泥石流灾害实际分布情况相符合。
(3)地震次生泥石流的形成丰要有5种模式:1)沟床启动型;2)坡面崩滑转化型;3)震裂表土侵蚀启动型;4)滑坡表面士体液化型;5)松散坡积物冲切沟启动型。
(4)作为成都龙门山区近期泥石流主要物源的地震崩积砾石土都为宽级配土,且砾石含量较高,达35.7%-77.3%,大多数沟道的黏粒含量低于2.0%。研究区代表性泥石流沟内崩积砾石土的平均干密度1.39-1.52g/cm3,天然质量含水量变化于3.81%-9.49%。灰岩类崩积砾石土天然含水量大于砂岩类的崩秋砾石土天然含水量,灰岩类崩积砾石土的渗透性低,砂岩类崩积砾石土的渗透性高。在相同的含水量条件下,崩积砾石土的内聚力低于残坡积物,内摩擦角高于残坡积物;在相同含水量条件下,随着密度的增加,崩积砾石土的内聚力C在增加,而内摩擦角ψ变化不大;在相同密度条件下,随着含水量的增加,崩积砾石土的内聚力C值存在一个最优含水量下的最大值,内摩擦角ψ随含水量的增加有减小趋势。
(5)地震崩积砾石土破坏启动泥石流的特征阈值
1)在近似相同初始含水量和降雨强度的条件下,土体大规模启动时的含水量随土体密度的增加出现增加的趋势,启动的时间随土体密度增加也出现增加的趋势;在近似相同初始含水量和密度的条件下,土体大规模启动时的含水量随降雨强度增加没有表现出明显的增加趋势,而土体大规模启动的时间随降雨强度的增加出现减小的趋势。
2)研究区地震崩积砾石土土体破坏启动产流的降雨量阈值为10.0mm/h,孔隙水压力阈值为平均孔压的120%,土体含水量阈值为饱和含水量的80.0%。