10高泥石流拦渣坝施工断面图

1、如何减轻或避防泥石流的工程措施？

减轻或避防泥石流的工程措施主要有：

（1）跨越工程——是指修建桥梁、涵洞，从泥石流沟的上方跨越通过，让泥石流在其下方排泄，用以避防泥石流。这是铁道和公路交通部门为了保障交通安百全常用的措施。

（2）穿过工程——指修隧道、明洞或渡槽，从泥石流的下方通过，而让泥石流从其上方排泄。这也是铁路和公路通过泥石流地区的又一主要工程形式。

（3）防护工程——指对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及泥石流集中的山区变迁型河流的沿河线路或其他度主要工程措施，建立一定的防护建筑物，用以抵御或消除泥石流对主体建筑物的冲刷、冲击、侧蚀和淤埋等的危害。防护建筑物主要有：护坡、挡墙、顺坝和丁坝等。

（4）排导工程——回其作用是改善泥石流流势，增大桥梁等建筑物的排泄能力，使泥石流按设计意图顺利排泄。排导工程答，包括导流堤、急流槽、束流堤等。

（5）拦挡工程——用以控制泥石流的固体物质和暴雨、洪水径流，削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以减少泥石流对下游建筑工程的冲刷、撞击和淤埋等危害的工程措施。拦挡措施有：拦渣坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等。

对于防治泥石流，常采用多种措施相结合，比用单一措施更为有效。

2、　主要诱发因素

地质灾害的形成、发育与诱发产生过程均受到自然因素和人为（社会）因素的制约。

一、气候条件

丽水市属亚热带季风湿润型，气候特点是温暖湿润，四季分明。年平均降雨量在1427～1740毫米，雨日163～179天。每年4～5月为梅雨季节，7～9月为台风季节，每年的降水在6～8月份较为集中，在台风季节日降雨量最大时超过340毫米（1996年8月1日，青田）。丽水市春末夏初节季往往出现连续降雨，1998年6月13日至6月22日庆元、景宁县连续降雨10天，降水量达到865毫米，庆元、景宁、龙泉等县（市）发生地质灾害百余起。

据《丽水地区志》，中低山区和东南部青田县暴雨较多，日降水量50～100毫米，庆元、龙泉、青田县（市）南部，平均年4～8天，其他县（市）2～4天，局部山区5～7天；日降水量100～150毫米，青田县每年1天，龙泉、庆元县（市）平均每年0.5～1天，其他县0.5天以下；日降水量大于150毫米，青田县为3～5年一遇，其他县（市）局部3～10年一遇，4～9月份暴雨日数占全年暴雨日数90%左右，其中6月份最多，占全年20%～40%。东部青田、缙云县7～9月台风期，暴雨较多，暴雨日数占全年暴雨日数50%～60%；西部庆元、龙泉、遂昌县（市）3～6月份春季和梅雨期暴雨较多，暴雨日数占全年暴雨日数60%～70%。

从丽水市气候条件特征看，梅雨期降雨强度不大，但持续时间长，是地质灾害易发生期；台风期降雨强度大，受台风侵袭次数较多，是地质灾害的频发期（表8）。

表8　地质灾害时间分布统计表

注：表中只统计有确切发生时间的部分地质灾害。

充沛的降水为山区地质灾害的形成提供了充足的水源条件，而连续集中的降水和短时间暴发性降水往往直接激发地质灾害的产生。此外，由于地形高差大，地表蓄水能力差，频频的高强降雨，使地表岩土体结构受到严重破坏，导致形成泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害发生。

二、人为因素

地质灾害与人类工程经济活动的关系极为密切，不合理的人类活动往往恶化了人类赖以生存的自然（地质）环境，人为因素在地质灾害的发育及形成过程中起着越来越重要的作用，它常常诱发、加剧，甚至直接产生地质灾害。根据目前全面掌握的306处地质灾害（隐患）点资料（从1992年2月至2002年12月止）汇总分类统计，已发现的地质灾害点及隐患点中由人类活动直接产生或诱发产生可占总量的80%以上（表9）。

表9　与各类生产活动有关的地质灾害点统计表

人为因素以多种方式参与了丽水市大多数地质灾害点及灾害隐患点的发育形成过程。主要有以下几种方式：

1.人类经济活动

丽水市地质灾害加剧意味着地质环境开始逐步恶化。人类经济活动频繁，尤其是人口迁移等加剧了环境地质变化，对地质环境产生了不良后果。如地质灾害频发区景宁花岗岩分布区，据有关部门调查表明，在岩体出露的195平方公里范围内，相对海拔较低，地势较缓，风化壳发育，土壤层厚，水源丰富。历史上曾是丽水市较理想的人类生活栖息地之一，至今仍是景宁县经济较发达市，工农业产值占全县的70%以上。目前，在这块不到全县国土面积10%的土地上居住着全县30%以上的人口，绝大部分的坡地被开垦成农田和经济林带，原始灌木林被伐夷尽，表土层尽遭破坏，土壤肥力下降，土层蓄水能力弱，雨季洪水汛猛，枯季河谷干涸，又因不稳定的厚层状全风化层裸露地表，众多的屋基、道路和水渠开挖，山体边坡严重失稳，每遇暴雨，大量雨水下渗，极易引发泥石流和山体滑坡。1992年及1994年，曾发生过两次规模较大的泥石流和山体滑坡，造成42人死亡，直接经济损失达上亿元。至今，仍有多处滑坡处于蠕动状态。类似这种在一定的地质单元区域内灾害频发的重灾区，在丽水市范围内还有庆元县淤上地区、青田县石平川地区等。这说明丽水市的地质环境有快速恶化的趋势。

2.工程经济活动

（1）不合理劈坡：受山地、丘陵地形条件的限制，丽水市的交通设施改造，城镇、乡村住房和各类基本建设项目往往会出现人工高陡劈坡施工，把原来斜坡坡脚切得很陡。其中一些高劈坡、深开挖工程，因未进行必要的地质灾害危险性评估，加之勘察资料不准确、边坡治理方案不当、施工质量低劣或者根本就不采取任何防护措施等原因，使边坡的自然平衡状态遭到严重破坏，导致斜坡上产生滑坡或崩塌。如青田腊口段公路边坡、崩塌，云和石塘段公路边坡崩塌，丽水330复线银场段山体滑坡等。

（2）物质和能量的人为异常聚积、释放与转化：人为堆积物的坍塌：人为的堆积物如矿渣、尾矿、建筑垃圾等，本身是一种人为的载荷聚积。在重力失衡及一些外来因素诱发下，往往形成能量快速释放并以滑坡、泥石流的形式导致地质灾害的发生。由于无组织零乱地开矿、采石、取土，不仅导致许多地方千疮百孔，有损环境美观，而且破坏了地形、降低了斜坡的稳定性，为滑坡、崩塌的发生创造了条件，在重力失衡和外来因素诱发下极易形成滑坡、崩塌和泥石流。如庆元县铅锌矿废渣坍塌形成泥石流灾害，造成1人死亡和大量农田毁坏。青田县黄洋钼矿拦渣坝和尾矿库坍塌形成泥石流造成人员重大伤亡和整条小流域遭受毁坏性的打击。此外在雨季中山区梯田管理不善而造成梯次性坍塌汇成的泥石流也可形成巨大灾害，如景宁县岩下和叶坑下两起滑坡－泥石流，等等。

人工填土形成的不均匀沉降及地表变形：建筑施工过程中基底清淤不彻底、人工填土物质成分不均一且未经压实，往往使物质能量转换失衡形成不均匀沉降及坍塌，严重威胁上覆建筑物的稳定及居民生命财产安全。典型事例如：庆元县二中地基不均匀沉降、蠕变引起的建筑物开裂，教学楼和宿舍成为危房。

爆破施工破坏边坡与山体稳定性：连续爆破释放的能量除达到施工目的外，同时破坏了岩体、边坡、山体、采（矿）场的结构及稳定性。失衡的逐渐积累导致片帮、冒顶、崩塌，造成重大的伤亡事故。如龙泉市小梅萤石矿的大冒顶；部分公路边坡坍塌等。

水库水位频繁变化形成岸边再造：丽水市水电资源丰富，水电站的蓄水和发电往往造成库区水位频繁变化。水库回水的侧蚀及侧向压力频繁变化对侧向的沿岸路基构成了梯次性破坏。如省道丽浦线云和县境内的局村至小顺段沿库区公路的侧向崩塌就是典型的事例。

（3）地表植被开发与保护：森林植被的覆盖率是水土保持的重要因素，随着社会生产力的发展，森林砍伐、地表工程施工、采矿、农业综合开发、香菇生产等活动日益增多，势必对森林植被等起到一定的负面效应。若不加强管理，森林植被遭受破坏后，使岩土体表层失去保护，加剧了水土流失，特别是一些大树砍伐后，树根保水固水能力降低。尽管在短期内通过封禁措施可以恢复植被，但在长成大树需要几十年时间，由于没有大树，使土体与土体，土体与岩体之间连接能力减少。因此在一定条件下诱发下，容易导致滑坡、崩塌、泥石流的发生。如1998年6月庆元县发生大小数千处山体滑坡、崩塌、泥石流多数与森林植被的破坏有关。

（4）开发建设项目没有进行地质灾害危险性评估：本市自20世纪80年代以来共建筑公路1100余千米，开矿200余处，均没有进行地质灾害危险性评估和采取水土保持措施，水电、城建等项目也是在1998年才步入轨道。这些项目的边坡稳定，开挖面保护、弃渣堆放、植被恢复等由于没有统筹安排，由于头痛医头，脚痛医脚，做到哪里算到哪里。330国道丽缙复线因开工时未进行地质灾害危险性评估，出现了银场山体滑坡等事故后，尽管耗资近三百万元的资金治理，效果仍不理想。

3.地质灾害意识淡薄

地质灾害意识是指人们对地质灾害的认识和警觉，它对地质灾害的形成有着特殊的作用。人为因素对丽水市地质灾害形成有着多种的作用形式和途径，对地质灾害的产生起到了不可低估的作用。由于社会上对地质灾害意识淡薄、地质灾害的知识匮乏，常常导致部分领导或部门在规划、决策上的失误；工程施工为所欲为；地质灾害肇事者对灾害治理拖延扯皮或敷衍了事而加剧灾害发展等现象的产生。因此可以说：公众对地质灾害的无知和麻痹，使得人们经常性地、自觉或不自觉地“人为营造”地质灾害。

3、泥石流灾害的防治措施

泥石流综合治理措施很多，一般归纳为两大类，即工程措施和生物措施。此外还有预警预报措施和临时避险措施。

1.泥石流治理的工程措施

泥石流治理的工程措施主要有治水工程、治泥工程、排导工程、拦蓄工程和农田治水工程及消极防御工程(表5-18)。

表5-18 泥石流治理的工程措施一览

(1)治水工程

泥石流的发生必须有充足的地表水参与，并常与暴雨洪水相伴生，治水工程的目的是分散地表水、降低水动力，从而达到防止泥石流发生的目的。在泥石流形成区的上游，选择适宜的地点建造水库、水塘或其他形式的蓄水池以调节洪水，削减流经泥石流形成区的洪峰流量，常和排导工程联合使用。

(2)治泥工程

泥石流的形成必须有大量的松散固体物质，治泥工程主要是在泥石流形成区采取稳固边坡、降低泥石流沟纵坡等措施，防止崩塌、滑坡、危岩、水土流失为泥石流提供松散固体物质，控制泥石流的形成。

为了制止滑坡、崩塌的发生，需要修建拦挡土石的护坡工程。这类工程主要有拦渣坝、谷坊工程。

拦渣坝的作用主要是拦渣滞流、固定沟槽。在一条沟内修建多座低坝，称为“谷坊坝群”，其作用是拦挡泥石流固体物质、淤缓沟床纵坡、加大沟宽、减小流速，从而减少洪峰和固体物质下泄量;同时利用坝前的淤积物，既可防止沟床继续下切，保护岸坡不再发生侧蚀，最终对泥石流的发展起到抑制作用。

拦渣坝(图5-5)、谷坊(图5-6)的类型很多。按建筑材料分，有砌块石坝、干砌块石坝、混凝土坝、土坝、钢筋石笼坝、钢索坝、木质坝、木石混合坝、竹石笼坝、砖砌坝等。从结构上分，有直线型重力坝、曲线型拱坝及格栅坝等。

图5-5 拦渣坝

图5-6 谷坊

(3)排导工程

为避免泥石流冲蚀危害，在泥石流通过区常采用导流排放措施，让泥石流从无害区通过。该工程主要有导流堤、急流槽、束流堤和渡槽等，有时也采用明洞和隧道。

(4)拦蓄工程

拦泥库、停淤场是指在较平缓的堆积扇上或较宽阔的沟内，修筑拦截建筑物，形成人工泥石流落淤场。其作用是在一定期限内，让泥石流物质在指定地段内淤积，从而减少泥石流固体物质下泄量，避免泥石流的淤埋灾害。

(5)消极防御工程

前述工程措施都是积极主动地整治泥石流灾害。消极防御工程则是采取避让策略，在泥石流沟上方修建桥梁或平台跨越泥石流(图5-7);在泥石流下方修建隧道穿越泥石流以及地面公路绕过泥石流。

图5-7 跨越泥石流沟

上述防治工程除单独修建外，还可根据需要联合使用。最常见的有拦渣坝与急流槽相结合，导流堤、拦渣坝和急流槽相结合。

2.泥石流治理的生物措施

泥石流治理的生物措施主要是指保护与营造森林、灌丛和草本植被，采用先进的农牧业技术以及科学的山区土地资源开发措施等。生物措施既可减少水土流失、削减地表径流和松散固体物质补给量，又可恢复流域生态平衡，增加生物资源产量和产值。因此，生物措施符合可持续发展的要求，是治理泥石流的根本性措施。

生物措施主要包括林业工程、农业工程和牧业工程(表5-19)。

表5-19 泥石流治理的生物措施一览

(1)林业工程措施

在泥石流频发区营造森林水源涵养林、水土保持林、护床防冲林和护堤固滩林等，既可削减泥石流松散固体物质补给量，又可控制形成泥石流的水动力条件。如在泥石流形成区和流通区营造水土保持林可增加地面植被覆盖率，调节地表径流，增强土层的稳定性，减少滑坡和崩塌的发生，从而控制或减少形成泥石流的固体物质和水体补给量。

(2)农业工程措施

农业工程措施有农业耕作措施和农田基本建设措施两类。农业耕作措施包括沿等高线耕作、立体种植和免耕种植等，其主要作用在于减缓坡耕地的侵蚀作用，提高耕地的保水保土效能。农田基本建设措施指对山区农田引排水渠和交通道路网的合理布局和全面规划。这既是社会经济发展的需要，也是防治泥石流灾害的需要。

(3)牧业工程措施

牧业工程措施包括适度放牧、改良牧草、改放牧为圈养、分区轮牧等。采取科学合理的牧业措施，既可缓解发展畜牧业与缺少草料的矛盾，间接地减轻泥石流源地过度放牧的压力，又有利于草地恢复和灌木林的营造，防止草场退化，增强水土保持能力，削弱泥石流的发育条件。

(4)泥石流的综合整治

根据泥石流的危害及性质，采取多种工程措施和生物措施，统一规划，综合治理，防止或减少泥石流灾害是泥石流综合治理的目标。

就一般情况来说，大面积的泥石流形成区应以生物措施为主，局部的泥石流源地和流通沟段宜采用工程措施。但两者各有优缺点，对许多流域或地段，需先辅以必要的工程措施，然后再进行生物防治。

成昆铁路线上的黑沙河泥石流，通过工程措施与生物措施相结合的综合治理取得了良好效果。该区雨量充沛、气候温和、日照多、冰冻期短，造林育草恢复植被条件优越。在这些条件下，经过全面规划、分期施工，在上游修建水库，下游修筑拦渣坝、停淤场和导流堤等工程，在流域内造林育草、合理放牧。治理后的黑沙河泥石流已由黏性变为稀性，泥石流发生的次数明显减少，全流域的松散土石体已渐趋稳定。由于拦挡工程的修建，每年排出山口的固体物质已减少到原来的1/4;顺水坝和导流堤将黑沙河洪流或泥石流全部归槽下泄至安宁河，流域下游的村镇、农田和铁路运营得到了有效保护(吴积善等，1993)。

3.泥石流的预报预警措施

我国对泥石流地质灾害建立了专门的研究机构。1988年初，在云南东川蒋家沟设置了第一个半自动化泥石流观测研究站，这个站由7个观测系统组成，能够进行暴雨泥石流的预报。

目前，泥石流预测预报采用的途径是:在泥石流沟进行定点观测研究，取得有关泥石流形成动态参数或调查潜在泥石流沟有关资料;加强水文、气象预报工作;建立有记录泥石流沟流域要素、形成条件、灾害情况及整治措施等技术资料档案;据地质和地形地貌环境、松散固体物质分析，圈划未来泥石流危险区、潜在区;建立泥石流防灾警报系统。

4.泥石流的临时避险措施

尽管有完善的泥石流综合防御系统，然而百密还有一疏，泥石流灾害还会发生，因此必须有临时避险措施。

(1)选择正确的避险方向

泥石流发生时，处在泥石流区的人们，应迅速向泥石流沟的横向(两侧)逃离，切不可顺泥石流沟向上游或下游跑动。

(2)上游人要通知下游人

处于泥石流上游的人员，应立即通知下游可能波及的乡村、城镇和工矿单位做好撤离工作，在泥石流的流径区和堆积区的群众听到泥石流的声响或泥石流危险警报时，应立即往主河道两岸高山区的安全地带逃离。注意:在泥石流流通区两岸和泥石流注入主河道的对岸处应跑到一定的高度才安全。

(3)注意保护生命线工程

密切注意泥石流的发展动态，对可能毁坏或引起次生灾害的生命线工程进行保护。

(4)政府部门应立即组织危险区群众撤离和抢险救灾。根据危险性、经济等权衡效益分析，确定采用工程措施还是搬迁，当危险性大时，应立即组织泥石流堆积区、淤塞区、流通区的居民、工厂、矿山等搬迁疏散。

(5)制定应急措施和成立抢险救灾指挥部

泥石流抢险救灾指挥部对泥石流沟沿线实行管理，酌情限制和指挥过往车辆、行人通行，维护灾害现场社会秩序。

(6)准确预报预警:在泥石流活动频繁的地区，建立泥石流动态监测站(网)，随时掌握泥石流的发展趋势和规律。特别是在雨季应增派巡逻队昼夜值班，遇险情时应及时发出警报。

除上述工程措施和生物措施等“硬”措施外，要达到有效防治泥石流灾害的目的，还必须采取某些“软”措施。“软”措施包括技术管理、行政管理和资源管理等措施。技术管理包括治理中和治理后的技术管理，如合理利用资源、改善生产结构等。行政管理包括行政命令和立法，以确保各类综合治理措施，尤其生物工程措施得以有效实施，充分发挥作用。资源管理是通过有计划的合理利用资源，使资源开发与环境保护相结合，脱贫致富与提高防治能力相结合，从而达到发展经济和控制灾害的双重目的。

小结

本章重点内容是泥石流的形成条件、泥石流的分类、泥石流的特征、泥石流危害等级划分、泥石流特征值的确定和泥石流的勘查评价要点。

复习思考题

1.泥石流的形成条件是什么?

2.简述泥石流类型的划分。

3.概述泥石流的特征。

4.泥石流调查的主要内容有哪些?

5.泥石流勘查有哪些基本规定?

6.泥石流勘查分哪几个阶段?各阶段勘查报告的主要内容是什么?

7.如何确定泥石流特征值?

8.泥石流灾害的防治措施有哪些?

9.防治泥石流灾害的工程措施有哪些?

10.防治泥石流灾害的生物措施有哪些?

11.单沟泥石流活动性分级是什么?

12.泥石流灾度等级分级是什么?

13.泥石流潜在危害性分级是什么?

14.如何划分泥石流危害区?

15.单沟泥石流易发程度如何划分?

16.泥石流的综合致灾能力如何分级?

17.泥石流堆积扇与冲洪积扇的区别是什么?

18.如何鉴别泥石流沟的发展阶段?

4、拦渣坝类型和功能

1.泥石流拦渣坝类型

泥石流拦渣坝的类型繁多，可以从几何形体、结构形式、受力状态、建筑材料、透水性能、作用时限和施工方法等方面加以区分（表3－3）。由于我国泥石流分布甚广、地域差异大、灾害频繁、受灾面广、防治重点不同、治理能力有限等特点，故在修建拦渣坝时，必须因地制宜，就地取材，宜选取施工方便、技术先进、经济合理的坝型。

2.拦渣坝功能

1）拦渣滞流，可降低泥石流的水动力，减小泥石流流体的粘度。

2）抬高河床，提高侵蚀基准面，对坡脚起掩埋与支护作用，增强山坡与沟床的稳定性。防止沟床侵蚀，减少泥石流固体物质补给量，抑制泥石流发展。

3）减缓坝上游河床纵坡，降低流速，减小泥石流下泄固体物质粒径，有利于下游输沙排泄，对下游淤积和沟道演变有调节控制作用。

5、求一篇有关于泥石流治理工程设计的论文

管理学原理论文：浅谈泥石流灾害治理工程所采取的措施
摘 要: 对治理泥石流地质灾害所采取的措施进行了探讨，并以河南省镇平县二龙乡赵河泥石流地质灾害为例提出了治理建议。
关键词: 地质灾害；泥石流固体物质源；泥石流；防护堤；泥石流流体特征
地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象）。
据调查,全国29个省、市分布有泥石流沟约8500多条，为了消除危险减少损失,国家采取了行之有效的防治治理措施。
泥石流是山区特有的一种自然现象。它是由于降水而形成的一种带大量泥沙、石块等固体物质的特殊洪流。
泥石流识别:中游沟身长不对称，参差不齐；沟槽中构成跌水；形成多级阶地等。
1泥石流灾害的治理
泥石流灾害的治理是在泥石流的形成、流通、堆积区内，采取相应的治理工程（如蓄水、引水工程，拦挡、支护工程，排导、引渡工程等），以控制泥石流的发生和危害。泥石流的治理工程通常适用于泥石流规模大，暴发不很频繁、松散固体物质补给及水动力条件相对集中，保护对象重要，要求 防治标准高、见效快、一次性解决问题的情况。在实施泥石流防治的工程措施的同时，还应与生物措施和其他措施（如行政法令措施等）相结合，这样才能保证其防治效益的有效发挥。
治理工程主要有治水、治土和排导等为主的方案。

1.1治水为主的方案
利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水径流，削减水动力条件，使水土分离，稳定山坡。辅之少量拦挡、排导工程稳定部分土体，适用于水力类泥石流沟的治理。
1.2治土为主的方案
利用拦挡、支护工程，拦蓄泥石流固体物质，稳定沟岸崩塌及滑坡；同时辅以排导、截水工程等。适用于土力类崩塌滑坡型泥石流沟的治理。
1.3排导为主的方案
利用排洪道、渡槽等工程，排泄泥石流，控制泥石流的 危害。
1.4综合治理方案
在具体实施泥石流的防治时，宜采取坡面、沟道兼顾，上下游统筹的综合治理方案。一般在沟谷上游以治水为主，中游以治土为主，下游以排导为主。通过上游的稳坡截水和中游拦挡护坡等，减少了泥石流固体物质，控制了泥石流规模，改变了泥石流体的性质，有利于下游的排导效果，从而控制泥石流的危害。
1.5生物措施
泥石流治理的生物措施主要指保护、恢复森林植被和科学利用土地资源，减少水土流失，恢复流域内生态环境，改善地表汇流条件，进而抑制泥石流活动。大多数泥石流沟生态环境极度恶化，单纯采用生物措施难以见效，必须采取生物措施与工程措施相结合，方能取得较好的治理效果。
（1）对泥石流沟实行严格的封禁,禁止在流域内开荒种地、放牧、采石、采矿等一切有可能引起水土流失和山体失稳的各种人类活动。
（2）因地制宜，植树种草，迅速恢复植被。如在流域上游营造水源涵养林，中游营造水土保持林,下游营造各种防护林。
（3）调整农业生产结构，增加农民收入，解决农村能 源问题。如陡坡退耕还林，坡改梯，不稳定的山体上水田改为旱地，大力发展经济林和薪炭林。
2赵河泥石流防治措施
泥石流防治的工程措施是在泥石流的形成、流通、堆积区内，相应采取拦挡、排导、生物工程等，以控制泥石流的发生和危害。
2.1工程措施
2.1.1拦挡工程
根据赵河泥石流的现状，建议修建两处拦渣坝，坝基和左右坝肩均锚入新鲜基岩中，坝内侧堆放大石块，以提高大坝的稳定性和抗冲击能力。该坝的设计要考虑控制形成泥石流的固体物质和洪水径流，削弱泥石流的流量、下泄总量和能量，减少泥石流对下游的危害。两坝体剖面呈上窄下宽的梯形，坝体底部分别设置排水涵洞和泄水孔。流量小时从涵洞排水，洪水季节洪水从涵洞和坝顶以漫流的形式通过。坝的设计要考虑拦截部分泥石流携带的物质,同时在一定程度上调节河道纵比以削减泥石流流量。
2.1.2排导工程
建议在水泉湾和二龙布置两处导流大堤，对河道进行加高和加固，使泥石流能够安全通过，输入到下游河道中。
二龙导流堤:设计护堤高3.5 m，顶宽0.8 m。护堤断面呈 上窄下宽的梯形,墙体设置排水孔,外倾3.5%。
水泉湾导流堤:护堤断面呈上窄下宽的梯形，墙体设置排水孔，外倾3.5%。排水孔呈圆形，直径100 mm。
2.1.3回填工程
回填工程主要是针对护堤内侧进行的,为了保证防护堤的稳定性和堤内居民正常生产生活,同时保护堤后土地的使用安全。回填区主要包括二龙防护堤和水泉湾防护堤两区。
2.2生物措施
在水泉湾和二龙防护堤外侧培植防护林,选用适合当地的梯形，坝体底部分别设置排水涵洞和泄水孔。流量小时从涵洞排水，洪水季节洪水从涵洞和坝顶以漫流的形式通过。坝的设计要考虑拦截部分泥石流携带的物质,同时在一定程度上调节河道纵比以削减泥石流流量。
生物措施要考虑能够减弱流水面蚀作用和水土流失的强度，减少泥石流的固体物质来源，减缓泥石流涌浪冲击危害，同时优化该区域的生态环境。

6、拦渣坝设计技术条件

1.坝址与坝型选择

（1）坝址选择

坝址选择时，应根据建坝的主要用途、坝址区的地形地质及周边环境、坝型、施工难度、建材以及经济技术条件，经综合分析、比较而确定。

表3－3 泥石流拦渣坝类型特征

1）以拦渣节流为主的坝址应选在地势狭窄瓶颈位置，既满足运作期间的拦蓄要求，又可节约工程造价。

2）以固床护坡为主的坝址应布置在强烈侵蚀的沟段或对不良地质体有控制作用的下游，兼具支护的作用。

3）当保护物为重要目标时，坝址应设计在保护物的上游，以控制泥石流的流向，有利于疏导以及防止下游沟道冲淤演变而产生的危害。

4）骨干拦渣坝必须选在坝群的最下游或地质基础良好、地形条件优越的地段。

5）一般拦渣坝应选在支沟交汇和河弯的下游，陡坡陡坎的上游，坝体避开凹地和冲沟，坝轴布置应考虑流向、地形、岩性、构造对承载及稳定有利的地段。

6）选择在有利于坝下游消能和防冲刷的地段。

7）选择在可就地取材、运输方便、易于施工与管理养护方便的地段。

8）选择在不影响铁路、公路、矿山、水利和城镇等部门的有关规定的地段。

9）严禁在不良地质体上、陡坎下和地形开阔与地基承载力严重不均的地段建坝。

（2）坝型选择

在选择泥石流拦渣坝类型时，要考虑多种因素的组合条件，如泥石流的类型特点、地形地质条件、施工技术水平、建材产地、防护目标、社会经济效益以及综合利用的远景规划等。

坝型选择的原则主要包括下面几方面：

1）适应泥石流的类型特点，力求拦渣坝达到最佳的使用效果与最长的使用时间。

2）应结合坝址处的地形地质条件，修建适应性强、技术先进、施工简单、管理方便、经济实惠、效益高的拦渣坝。

3）应尽量满足就地取材、施工方便、技术可行、经济合理的原则。

4）适应泥石流的运动特征，符合结构简单、安全可靠、因害设防的原则。

5）优先采用流线性好、耐磨性高、防冲性强的坝型构造，符合因势利导的原则。

6）根据泥石流防治学科的发展与生产的需要，选择典型防治工点，进行新坝型、新结构、新材料、新方法的科学试验，是推进泥石流防治技术发展的重要举措。

7）泥石流拦渣坝以透水型为佳，因其可以减少动水压力，增强调节性能，有降低冲刷与磨蚀的作用；以耐久性建材为好，因其使用寿命较长，即使库容淤满后，效能减弱了，也不至于导致溃坝而增大危害。低坝型比高坝型要经济。

2.坝高、坝距的确定

通常情况下，坝高与坝间距成正比，坝与沟道坡度成反比，沟道坡度与颗粒粗度成正比，因此，控制条件常取决于坝址、坝型、沟道坡度与颗粒粗度。坝址确定以后，可根据坝距求坝高；当坝址不确定时，可根据坝型定坝高求坝距。计算坝高和坝距常用下列方法。

（1）回淤坡度计算

实践证明，在泥石流拦渣坝淤满之后，回淤坡度的大小与堆积物粒径有关，与冲淤坡度的稳定性有关。目前要准确估算稳定坡度还有一定的困难，根据经验，常用以下几种方法确定较为稳定的回淤坡度。

1）实测回淤坡度法。根据我国已建多年拦渣坝的回淤坡度资料分析，坝前稳定的回淤坡度都小于原沟床的纵坡，因此，可归纳成下面两种情况时的表达式。

A.无经常性水流作用的泥石流沟，公式如下：

地质灾害防治技术

式中：I0为泥石流拦渣坝回淤坡度（‰）；I为泥石流沟原沟床天然坡度（‰）。

B.有经常性水流作用的泥石流沟，公式如下：

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

2）瓦兰亭（Valentine）公式法计算泥沙稳定坡度如下：

地质灾害防治技术

式中：d为泥沙的平均粒径（m）；H为泥石流平均水深（m）；I0为泥沙稳定坡度（‰）。

一般来说，对粒径较大的非粘性土，可使用式（3－30）。

3）土质分类查表法。根据土质不同来决定拦渣坝顶面的稳定（不冲刷）坡度，见表3－4。

（2）拦渣坝坝距计算

拦渣坝坝距的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：L为坝间距离（m）；I为原沟床坡度（‰）；I0为拦渣坝淤满后回淤成的稳定坡度（‰）；其他符号意义同前。

当坝下局部冲刷不稳定时，按式（3－31）的计算值缩短坝间距，使回淤线淤埋上游坝下冲刷坑，或设置坝下防护工程。总之，坝高与坝距应视具体情况作技术、经济比较确定。

表3－4 沟道土质稳定（不冲刷）坡度

3.拦渣坝溢流道

设置溢流道是使拦渣坝能安全通过泥石流设计流量的重要措施。溢流道的位置要根据坝型、地形地质和坝下防冲条件而定。如坝基地质条件好或坝型为桥式，坝下防冲条件好的，溢流道应设在坝身上；如坝端地形地质条件好，溢流道也可放在坝的端部。

溢流道过流深度不宜过大，以宽而浅为宜，尽可能减弱对坝下的冲刷破坏。溢流道的平面尺寸宜按泥石流设计流量进行设计。

溢流道通常设计成矩形、梯形、V形等断面形式（图3－7）。

图3－7 溢流道断面形式图

（1）矩形断面溢流道计算

矩形断面溢流道计算公式为

地质灾害防治技术

式中：Qc为溢流道能通过的泥石流流量（m3/s）；B为溢流道的底宽（m）；H为溢流道过流深度（m）；m为流量系数，通常取1.45～1.55，溢流道表面光滑者用较大值，表面粗糙者用较小值，一般取1.5。

根据式（3－32）求溢流道水深时可变为

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

（2）梯形断面溢流道计算公式

为方便施工与计算，梯形溢洪道侧面斜坡多设计成1∶1，此时计算流量公式则为

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

近年来，也有人将溢流断面做成复式断面。总之，溢流道设计应以不漫坝、不掏蚀坝端、有利于坝下冲刷的处理、确保坝体安全、能顺利通过泥石流的设计流量为原则。

4.拦渣坝贮量计算

拦渣坝贮量是衡量拦渣坝效果大小的一项重要指标。一般在确定坝高坝位时，应计算拦渣坝库容作为建坝的主要依据。其计算方法主要有以下几种。

（1）实测横断面法

实测横断面法计算库容的公式如下：

地质灾害防治技术

式中：V为拦渣坝库容（m3）；A1，A2，…，An为各横断面内的储渣面积（m2）；L1，L2，…，Ln－1为各横断面之间的距离（m）。

（2）等高线法

等高线法计算库容的公式如下：

地质灾害防治技术

式中：V为拦渣坝库容（m3）；F1，F2，…，Fn为坝高以下等高线所圈库区面积（m2）；h为坝区地形图的等高距（m）。

（3）沟道纵断面法

沟道纵断面法计算库容的公式如下：

地质灾害防治技术

式中：V为拦渣坝库容（m3）；b为淤渣地段平均宽度（m）；H为拦淤厚度（m）；I为天然沟床坡度（‰）；I0为回淤坡度（‰）。

（4）近似计算法

1）沟道横断面近似三角形时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：V为拦渣坝库容（m3）；B为相应于坝高的沟道横断面的上宽（m）；H为溢流道底以下的坝高（m）；L为相应于坝高的回水线长度（m）。

2）沟道横断面近似抛物线形时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

3）沟道横断面近似梯形时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：b为坝址处沟道横断面底宽（m）；其他符号意义同前。

5.拦渣坝排水孔布设

（1）设置排水孔（洞）的优缺点

排水孔（洞）的优点：减少坝前的动水压力；调节输送泥石的功能，延长拦渣坝的使用年限；增大坝体中下部排水量，减少坝顶溢流道流量；减少施工中的排水难度；缩短拦渣坝蓄水时间，便于以后坝顶养护、维修与施工。其缺点主要是排水孔容易成为坝体本身结构上的弱点，所以要特别注意排水孔的大小、数量和位置。

（2）排水孔（洞）的布置

拦渣坝排水孔的布设如图3－8所示。

1）尽量将排水孔布置在溢流道坝段；

2）排水孔应布置成梅花状交错排列，相邻排水孔之间应留适当的间距，以免过分削弱坝体结构；

3）可按设计流量设计排泄孔横断面面积，一般单孔孔径可取过流中最大石块粒径的1～2倍。孔形多为宽高比为0.6～0.8的矩形，顶部视孔径大小用盖板或砌成拱形；

4）根据实践经验，设置排水孔有少而大的趋向，尽量在不同高度都能排泄较多的泥石流体，以延长拦渣坝的使用年限。

图3－8 拦渣坝排水孔布置示意图

5）最大排水孔（洞）可按不成灾的泥石流流量设计，遇中、小泥石流时，可全部排出，对成灾泥石流可起调节、拦渣作用，增强防灾能力和延长拦渣坝的使用寿命。

6.坝下防护

拦渣坝常常因泥石流对坝基的局部冲刷而受到破坏，导致坝体倾斜、崩溃。因此，坝下防护是非常重要的。坝下防护一般可采取缩短坝距、掩埋坝基、设副坝和护坦等措施。

（1）缩短坝距与加大下游坝高

缩短坝间距和加大下游坝高，都是为了使坝顶泥石流堆积物的回淤坡度线淤埋上游坝下的冲刷坑，在坝下形成砂石柔性垫层，可减小坝下冲刷深度。具体的坝间距和坝高值可通过计算与技术经济比选而确定。

（2）副坝工程

在坝下射流范围外的适当位置设副坝，可缓和泥石流下落的冲击力。主坝和副坝的间隔和重合高度对削弱坝下冲刷力十分有效，而且较为经济，如图3－9所示。

图3－9 主、副坝间距和重合高度示意图

1）重合高度的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：ht为重合高度（m）；H为主坝高度（m）。

2）主、副坝的间距计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：L为主、副坝的间距（m）；h为冲刷坑底至主坝顶高度（m）；t为溢流深度（m）。

式（3－41）和式（3－42）适合于坝高15m以下时重合高度和坝间距的计算，公式中的系数取值与坝高成反比，与溢流水深成正比。

当副坝下游还有较强冲刷时，应设多道副坝，直至控制冲刷为止。实践证明，冲刷深度与冲刷形态随主、副坝之间的距离而变化，主、副坝之间的距离短时，冲刷坑朝坝基靠近，会带来不良影响。因此，应特别注意不使冲刷逼近坝基为宜。

（3）护坦工程

护坦工程系刚性防护，一般来讲，对泥石流拦渣坝是不可取的。成昆铁路曾在拦渣坝下做过2m多厚的混凝土整体护坦，仅几年时间就被泥石流坠石击碎冲走。护坦工程一般用于由细粒物质组成的泥石流，设计方法基本上是按清水流设计。

（4）改变坝基形式

根据拦渣坝坝址的地形、地质条件，改变拦渣坝的坝基类型可在一定程度上预防坝下冲刷破坏。

1）桥式拦渣坝：在两岸有基岩出露的峡谷地段，可将拦渣坝筑成拱桥式（简支梁式），并将拱座（或支座）置于两岸基岩上，沟中以桥式坝无基础跨越，并将溢流道设在桥式坝中心位置，可以防止坝下冲刷，如图3－10所示。

2）桩基坝：采用挖（钻）孔桩坝基，将桩基置于坝下设计冲刷线以下，按高桩承台设计，既能提高承载力，也可防止坝下冲刷，并且易于施工。如云南省盈江县浑水沟泥石流一号桩基重力式拦渣坝已修建10余年，迄今使用良好，效果显著，如图3－11所示。

图3－10 桥式坝示意图

图3－11 桩基坝示意图

7、重力式拦渣坝

重力式拦渣坝是依靠其本身的自重来保持稳定的一种坝型，平面上呈“一”字形，具有构造简单、就地取材、施工简便等优点，可用于高、中、低坝，是目前我国泥石流防治中使用最为广泛的坝型。

（一）坝体

在进行坝体设计时，应考虑拦渣坝的功能、结构、施工养护以及经济等问题。

泥石流拦渣坝和蓄水坝不同，因有砂石溢过坝顶，对坝顶和溢流背水坡都有强烈的磨损冲击作用，必须加以特别考虑。因此，采取的背水坡和断面形状与蓄水坝相反，背水面宜陡，顶宽较大，经稳定验算后，按最不利情况选用坝体断面形式。

1.背水坡设计

为使泥石流固体物质过坝后不损坏背水面，通常的处理方法有两种：

1）把背水坡度做得比落下石块的轨迹坡陡，如图3－12所示。

背水坡度可按下式求算：

地质灾害防治技术

式中：vg为在损坏背水面的石块中最小石块的临界流速（m/s）；β为石块的形状系数， ，一般取K1＋K2为1.0左右；b为石块流动方向上的长度（m）；f为摩擦系数；ρH为石块的密度（kg/m3）；θ为河床坡度（°）；其他符号意义同前。

实际上，大多数坝都将背水坡设计成1∶0.2的标准。低坝和流出泥沙的粒径小，而且其量也少时，可以把背水坡度放缓到1∶0.3。

2）放缓背水坡，将溢流坝顶做成托盘式，如图3－13所示。可使泥石流流体挑出坝体背水坡外跌落，使背水坡免遭冲损磨蚀，确保其稳定性。

图3－12 背水坡示意图m、n—坡比中的水平距离

图3－13 托盘式溢流坝顶

2.坝顶宽

坝顶宽度设计，除应满足受力需要外，还应考虑坝址附近河床物质组成，泥石流固体物质运动状态和设计对象的流量、流速等水文、泥沙要素来决定坝体顶宽。

通常顶宽可按表3－5所列值选取或通过计算决定。

表3－5 坝顶宽度

3.溢流顶防磨

泥石流拦渣坝溢流顶由于有固体物质通过，溢流顶磨损一般都很严重，为了加强防磨措施，通常按流速和颗粒大小来考虑选取加固办法。若为V形断面，可在沟心的0.5 B宽范围加固。

1）vc<8.0m/s时，溢流顶可用坚硬的块石浆砌镶面加固；

2）8.0<vc<12.0m/s时，溢流顶可用钢纤维混凝土或铸石镶面加固；

3）vc>12.0m/s时，溢流顶可用钢板、废钢轨、型钢等钢材作面层加固。

溢流顶加固要因地制宜、因害设防、就地取材，以经济实惠、解决实际问题为原则。

（二）坝体结构

在保证拦渣坝结构安全性能方面，必须满足以下3个结构设计条件，以免失事后造成更大灾害。

1）倾覆安全是重力坝的首要条件，即在坝体受力后，坝底不能产生拉应力，作用于坝体的合力作用线必须在坝底中心1/3范围内。

2）坝体内、坝底与地基的接触面或者地基内均不产生滑动。

3）坝体内产生的最大应力不超过坝体材料的容许应力，同时，地基受到的最大应力也不得超过地基的允许承载力。

（三）重力坝受力特征

使坝体产生倾覆、滑动及应力超过坝体所能承受的最大应力而溃裂的荷载组合有下述几种情况。

1.空库时的过流情况

前期空库或少量积水，然后突发设计泥石流流量冲击坝体，跃过坝顶溢流，泥位达到设计高程。这种情况应考虑泥石流的冲击力，而不计入土压力和超荷载。然而这种情况常成为控制设计的最不利条件。

2.满库时过流情况

在多次泥石流淤满库后，发生设计流量的泥石流，坝顶溢流达到设计高程，这种情况考虑淤满的土压力和超荷载而不考虑冲击力。图3－14为满库过流示意图。满库过流一般偏于安全状态。

3.介于上述两种情况之间

多次小泥石流在坝前逐次淤高不满库。图3－15为部分淤库过流示意图。

图3－14 满库过流

图3－15 部分淤库过流

淤高不满库时，暴发设计流量的泥石流，冲击坝体上部，并跃过坝顶，达到设计高程溢流。这种情况应考虑泥石流冲击坝体上部的冲击力、土压力以及超荷载，其安全度控制在两者之间。

（四）坝的荷载组合及各种荷载的计算

1.坝的荷载组合

图3－16为重力坝荷载示意图。图中：P、P′为偶然堆积于坝上淤积的超荷载（N）；E为堆积物的土压力，应分情况进行计算（N）；T为泥石流冲击力（N）；W为水压力（N），按设计泥位计算；W渗为坝基渗透压力（N）；F为坝基底摩擦阻力（N）；μ为水的浮托力（N）；G为坝体重力（N）；R1为水平方向的合力（N），其值为R1＝P＋E＋W＋T＋W渗－F；R2为垂直方向的合力（N），其值为R2＝G＋P′－μ；H为坝高（m）；h为泥石流高出坝顶的高度（m）。

此外，还应根据具体情况，考虑坝承受渗透压力、地震力及温度应力等的影响。

2.各种荷载计算

（1）堆积物的土压力计算

图3－16 重力坝所受荷载示意图

1）堆积物满库与坝顶齐平时土压力的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：E为土压力（N）；ρc为泥石流流体密度（kg/m3）；H为坝高或坝后堆积物高度（m）；φ为泥石流内摩擦角（°）。

当φ＝0时，

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

2）堆积物不满库距坝顶深Z m处的土压力计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：Ez为不满库距坝顶z m处的土压力（N）；z为距坝顶z m的高度（m）；其他符号意义同前。

如φ＝0时，

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

3）堆积物满库泥石流溢过坝顶时土压力（E）的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：H为坝顶高度（m）；h为泥石流高出坝顶的高度（m），如取坝的单位长度进行计算时， ，vc为泥石流设计流速（m/s），g为自由落体加速度（m/s2），取值9.81m/s2；a为泥石流动能高度（m），其值为 ；其他符号意义同前。

（2）静水压力

静水压力的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：W为静水压力（N）；ρw为水的密度（kg/m3）；Hw为从水面到坝底的水深（m）；其他符号意义同前。

（3）坝基渗透压力

坝基渗透压力的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：P为坝基渗透压力（N）；ρw为水的密度（kg/m3）；α为基础接触面积系数，取值0.8；B为坝底宽（m）；h为坝前淤积厚度（m）。

其余特殊荷载，如地震、温度等可参照有关规范计算。

（五）重力坝的结构验算

结构计算主要有抗倾覆稳定、抗滑稳定、坝基应力和坝体应力等计算。在合理组合设计荷载并满足断面要求的条件下进行验算。

1.抗倾覆稳定验算

重力式拦渣坝是靠其本身重量来保持稳定的。因此，泥石流拦渣坝在设计年限内必须保证稳定不倾覆。抗倾覆稳定验算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：K为抗倾覆安全系数，一般取1.30～1.60；My为抗倾覆力矩（N·m）；M0为倾覆力矩（N·m）。

2.抗滑稳定计算

为使坝体内或坝底与地基的接触面不发生滑动，根据下式进行滑动验算：

地质灾害防治技术

式中：K为抗滑稳定安全系数，一般取1.05～1.15；∑V为作用于每单宽断面上各垂直力的总和（N）；∑H为作用于每单宽断面上的各水平力之和（N）；f为坝体与地基的摩擦系数，见表3－6；τ0为坝体或地基中最小的剪切强度（Pa）；l为有效抗剪长度（m）。

当坝高不到15m时，剪切强度（τ）略去不计，用下式计算：

地质灾害防治技术

此时，取安全系数（K）为1.2；其他符号意义同前。

当坝高大于15m时，且为岩石基础时，在式（3－52）中可取K＝4；砂砾石基础在不计剪切强度的情况下，在式（3－53）中可取K＝1.5。剪切强度要根据现场试验等方法确定。

3.坝体强度计算

在设计荷载作用下，必须使坝体和地基承受的力不超过容许应力。

（1）坝底垂直应力计算

坝底垂直应力的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：σ为坝底上游端或下游端的垂直应力（Pa）；∑V为作用于每单宽断面上的垂直力的合力（N）：b为坝底宽（m）；l为荷载合力作用线与坝底交点到坝底中心的距离（m）， ，x为荷载合力作用点与坝底交点到坝底上游端的距离（m）。

1）由式（3－54）计算的坝底下游端的正应力，应比表3－6所示的容许承载力小。

表3－6 地基承载力和摩擦系数

2）作用于坝的荷载之合力作用线通过从坝底下游端起的1/3点时，可用下式表示：

地质灾害防治技术

式中：σ2为坝的荷载合力，其他符号意义同前。

3）合力作用点应位于截面的三分点以内， ，满库时上游端、空库时下游端的最小压应力不容许出现负值。

4）坝址位于Ⅶ度以上的地震区，坝高大于15m时，应参照《水工建筑物抗震设计规范》验算。低坝则主要采取抗震结构和加固工程措施。

（2）边缘主应力计算

1）坝体上游面的一对主应力（σa1、σa2）计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：σ为同一水平截面上游边缘正压力（Pa）；ρc为泥石流密度（kg/m3）；y为计算断面以上泥石流深度（m）；θ1为上游坝面与计算水平截面的交角（°）。

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

2）坝体下游面的一对主应力（σb1、σb2）计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：σ′为同一水平截面的下游边缘正应力（Pa）；θ2为下游坝面与计算水平截面的夹角（°）。

地质灾害防治技术

（3）边缘剪应力（τ）的计算

1）坝体上游面的边缘剪应力（τa）计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：ρc为泥石流密度（kg/m3）；y为计算断面以上泥石流深度（m）；θ1为上坝面与计算水平截面的夹角（°）；其他符号意义同前。

2）坝体下游面的边缘剪应力（τb）的计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：σ′为同一水平截面的下游边缘正应力（Pa）；θ2为下坝面与计算水平截面的夹角（°）。

上述边缘应力计算值应低于建坝材料的容许应力。

8、排导槽工程

排导槽自上而下由进口段、急流段和出口段3部分组成（图3－24），由于各部分的作用与功能不同，故对其平面布置的要求也就不一样。排导槽的总体布置应根据防护区范围及沟道等有利地形，力求达到线路顺直，路程较短，纵坡大，排泄顺畅、安全，被占土地少，工程投资节省，便于施工和运行管理。排导槽一般沿沟道布设，必要时亦可沿扇形地的一侧或扇脊、扇间凹地布设，还应与现有工程及沟道的防治规划保持一致。

图3－24 排导槽平面布置示意图

（—）排导槽纵横坡度关系及水力学特征

1.排导槽纵断面

排导槽纵断面设计的关键是选择一个合理的纵坡和断面宽深比，为排泄泥石流创造必要的水力条件，使排导槽达到既能顺利排走相应规模的泥石流，又不至于在槽内产生较大的冲淤变化。排导槽的纵坡原则上应沿槽长保持不变，在特定的地形地质条件下，其纵坡只能由小逐渐增大。但对于小型堆积扇，扇缘至基准面落差较小，一般可考虑在上游山口筑坝抬高沟槽或在下游开挖降低沟槽，亦可采取两者结合的方法增大纵坡。

1）排导槽纵坡应大于该沟泥石流运动的最小坡度，其值按下式计算。

对于黏性泥石流，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：θm为泥石流运动的最小坡度角（°）；τ0为泥石流浆体的静剪切强度（Pa）；Hc为泥石流泥深（m）；φm为泥石流中土体的动摩擦角（°）；γs为土体容重（t/m3）；γy为泥石流中土体的容重（t/m3）；CV为泥石流中土体的体积浓度（m3/t）。

对于稀性泥石流，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：γc为泥石流体容重（t/m3）；其他符号意义同前。

2）选择的纵坡应与泥石流沟流通段的沟床纵坡基本保持一致，不宜过于偏大或偏小，这样就能达到有效泄洪防淤或防冲刷的目的。

3）按照选择的纵坡及其对应的断面宽深比，根据泥石流的不同规模验算排导槽内产生的流速，该值应小于或等于排导槽所能允许的防冲刷流速。

4）按照沟床冲淤基本平衡的原则进行类比，选择纵坡；或借用已经过实际运行证明是合理的排导槽纵坡进行选择。

根据泥石流多年研究结果及对已建大量泥石流排导槽的调查分析，建议合理纵坡的取值列入表3－7。

2.排导槽横断面

排导槽横断面应满足不同规模泥石流的过流能力及具有最佳的水力特性，当规定的最大流量通过时，应是安全的。

表3－7 泥石流排导槽合理纵坡值

急流槽的宽深比不应太小，宜采用（1∶1）～（1∶1.5）。就水力条件而言，宽深比超过一定程度，无论怎样再压缩槽宽、加大槽深，也难以增加水力半径和流速，故挟沙能力亦不再提高。

此时，必须与其他工程措施（如拦蓄工程等）配合使用。

（1）横断面形式选择

排导槽横断面有不同的形式（图3－25），根据不同的泥石流类型与规模确定相应的横断面形状。梯形和矩形断面适用于各种类型和规模的山洪泥石流，槽底宽度不受限制。三角形断面适用于排泄规模不大的黏性泥石流，宽度不宜超过5m。弧形底部复式断面及梯形复式断面适用于间歇发生、规模变化悬殊的泥石流。

图3－25 排导槽横断面形式图

（2）横断面尺寸的选择

通常采用泥石流沟流通段的形态特征与急流槽相对应的值进行类比确定。通过试算，选择一组急流槽的宽深比，使其以较大的泥石流深度保持相等或稍大的流速。即保持相当或稍大的挟沙能力，使由流通区下泄的同等规模泥石流，不在急流槽内停淤。

1）铁道部第二勘测设计院经过类比、归纳，提出选用急流槽的条件如下。

A.当选用小型人工铺砌急流槽时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式（3－65）和式（3－66）中：脚标c、g、l分别为泥石流、急流槽及流通区；M为糙率；R为水力半径（m）；A为断面积（m2）；v为流速（m/s）。

B.当选用不做铺底的大型急流槽时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

地质灾害防治技术

式（3－67）～（3－69）中：H为泥深（m）；B为断面宽度（m）；其他符号意义同前。

2）昆明铁路科学研究所，根据vg≥vl求算急流槽的最小深度，拟定槽深，计算槽宽。

A.对于稀性泥石流的计算方法。

当为人工铺底的小型急流槽时，公式如下：

地质灾害防治技术

式中：I为纵坡（‰）；其他符号意义同前。

当为无铺底的大型槽时，公式如下：

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

B.对于黏性泥石流的计算方法。

当为小型铺底急流槽时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：K为流速系数；其他符号意义同前。

当为无铺底的大型槽时，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中符号意义同前。

3）西南铁道研究所利用类比法，按下列关系式计算急流槽最大槽宽，然后拟定槽宽，计算槽深，选择最佳宽深比。计算公式为

地质灾害防治技术

式中：X为指数，对于黏性泥石流，X取2.0，对于稀性泥石流，X取2.3；其他符号意义同前。

在确定底宽时，应优先选用具有合理底宽的窄深型断面。但为了防止淤积和堵塞，以及便于小规模泥石流的流动，排导槽的最小底宽应满足下式：

地质灾害防治技术

式中：Dm为沟床物质的最大粒径；其他符号意义同前。

（3）排导槽深度

1）直线排导槽深计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：H为排导槽深度（m），H≥1.2 Dm，Dm为沟体物质的最大粒径；Hg为最大设计泥深（m）；Hs为槽内淤积总厚（m）；hs为安全超高（m）。

2）在排导槽弯道凹岸一侧尚需增加弯道超高值，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：Bc为排导槽泥石流表面宽度（m）；R为排导槽中线的曲率半径（m）；vc为泥石流的断面平均流速（m/s）；其他符号意义同前。

3）进出弯道的过渡段长度，计算公式如下：

地质灾害防治技术

式中：L为过渡段长度（m）；LR为弯道长度（m），由平面布置确定。为定值时，纵值增大，横值减小；纵值减小，横值增大，二者成反比关系。它们有机结合能使坡降达到最佳效果值。

3.槽型与水力学特征

槽型和材质均对泥石流的水力学特征值有影响。根据现有泥石流流速公式v＝KHnIm分析，影响最大的因子是阻力系数（K）、水深（H）、水力坡度（I）及其指数。

（1）阻力系数（粗糙系数）

阻力系数的大小与泥石流流速成反比（除泥石流体内部阻力外）。

1）槽型影响固体物质的运动态势和摩擦阻力。当泥石流大石块在排导槽内运动时，其搁置形式多呈梁式点状接触，两端置于槽底的两侧斜坡上，减小了摩擦力。平底槽则与之相反，呈平置或面接触的较稳定状态。起动平置式面接触石块所需的力远比搁置式点接触石块的力要大得多，这是排导槽与平底槽固体物质运动不同的根本原因。

2）建筑材料及其表面粗糙度。材质不同，摩擦系数也不同，并且各种粗糙面也有不同的糙率。因此，材质和施工质量对排淤效果有一定的影响。特别是固、液相不等速的水石流流体更为明显。

（2）水深（水力半径）

增大水深是增强排导的有效方法。要增大水深，必须变换槽型、缩小槽宽。

1）槽形：圆形槽水力要素最好，排淤效果也不错，但施工难度很大；综合槽型次之；平底槽施工条件最好，但水力条件与排淤效果太差，排泥石流不可取。

2）槽宽：在槽形与过流面积一定的条件下，槽宽与水深成反比。因此，在满足排泄泥石流最大石块顺利通行的条件下，压缩槽宽加大水深是较好的选择。

3）边墙斜坡：在槽形、槽宽、过流面积一定的条件下，边墙坡度与水深成反比。所以边墙坡度越陡越有优越性。

（3）水力坡度

增大水力坡度可使流速增大。但是，由于地形条件的限制，增大坡度往往需加大工程量，有时非常不经济。此时，可采取变换槽形的方式，增大槽底的横坡，也就相应增加了水力坡度。

（二）排导槽结构及其排防机理

1.排导槽特点

排导槽特点是窄、深、尖。这是在总结研究20世纪70年代以前大量使用宽、浅、平的梯形、矩形排导槽的教训及通过试建一批V形泥石流排导槽获得成功经验的基础上，针对泥石流的冲淤危害，以排泄泥石流固体物质为目标，根据束水冲沙原理提出的新结构。这种排导槽，具有明显的固定输沙中心和良好的固体物质运动条件，对于排泄泥石流固体物质具有较理想的效果。

2.排导槽结构

在排导槽的设计中，当加大排导槽纵坡、束窄过流宽度、增大泥深、减少停淤的同时，却又增大了山洪及稀性泥石流体对槽身的冲刷。因此，要求排导槽的结构既能保证槽内停淤量少，又不至于产生较大的冲刷破坏，从而保证排导槽运行的安全。主要结构形式有以下几种。

（1）整体式圬工结构

两槽壁及槽底多用钢筋混凝土或水泥砂浆砌石筑成整体结构。适用于泥石流规模不大，槽宽小于5m的排导槽。当槽底为平底时，容易产生淤积；当槽底为钝角三角形或圆弧形时，则有利于泥石流的排泄。

（2）分离式圬工结构

即把侧墙与槽底护砌分开，槽的侧墙可由混凝土或浆砌石挡土墙或护坡组成，槽底可用混凝土、浆砌石全面护砌，或间隔布设防冲肋槛而成。此类结构多适用于河床基础较好，泥石流爆发规模大、槽底宽的排导槽。除这些条件外，若槽的侧墙基础加深有困难，埋设深基础不经济，槽底全铺砌造价过高时，采用沟底加防冲肋槛非常经济。防冲肋槛与墙基础应连成整体，槛顶可与沟底齐平，如图3－26所示。

图3－26 带防冲肋槛的急流槽

间距按下式计算：

地质灾害防治技术

式中：L为两肋槛间的水平距离（m）；I为排导槽底纵坡（‰）；Ic为槛下冲刷后的沟槽纵坡（‰）；H为防冲肋槛的高度（m），一般为1.5～2.5m；Hc为最大冲刷线以下的埋设深度（m），一般为1.0～1.5m。

（3）具有侧向刺槛（丁坝）的防护结构

当槽底为较宽的天然沟床，并设有防冲肋槛时，为防止泥石流对排导槽导流堤产生冲刷，一般在靠堤身一侧沿水流方向设置多道刺槛，约束泥石流按规定的方向运动。刺槛可用浆砌石或混凝土等材料构成，底部最好与防冲肋槛上部连为一体。刺槛高度应小于堤高的1/3；长度应视槽宽而定，原则上应保证束窄后的横断面仍能通过设计流量；刺槛的回淤长度应满足堤身基础的防冲刷要求。

当导流槽底为天然沟床时，若其陡坡地段为巨砾所覆盖，则可将巨砾间的缝隙用细石混凝土或水泥砂浆填实，使巨砾及沟床的整体稳定性增大。若泥石流沟的常流水极小，暴发的泥石流为黏性泥石流时，则排导槽的底部及堤身均可不必护砌。实践证明：黏性泥石流在排导槽内流动时，不仅冲刷能力小，而且还会在堤的迎水面粘附一层泥体，可保护原先的土堤。当泥石流间断发生时，粘附层将会逐渐增厚，使土堤表面形成一个厚而坚硬的保护层。

3.排导槽平面模式

泥石流沟堆积区的天然平面模式呈扇形向下游展布，归槽水流则呈散状漫流，明显降低水流输沙能力而产生堆积。反之，如将排导槽平面布设成倒喇叭形，可增大水深、加大流速、防止漫流改道，具有形成集水归槽、束水冲沙、使固体物质列队运行的作用。图3－27为排导槽平面模式示意图。

4.排导槽纵坡模式

泥石流沟的天然纵坡模式一般都是上陡下缓，呈凹形坡。由于地形坡度变缓，泥石流流速下降，产生停淤而形成泥石流堆积扇。因此，排导槽纵坡设计，最好是上缓下陡或一坡到底。若受地形控制，纵坡需设计成上陡下缓时，则必须从平面上配套设计成倒喇叭形模式，使之能随着纵坡的变缓而过流断面宽度相应减小，以增大水深、加大流速，保持缓坡段与陡坡段流速有同等的输沙能力和流通效应。图3－28为排导槽纵坡模式示意图。

图3－27 V形排导槽平面模式示意图

图3－28 排导槽纵坡模式示意图

5.排导槽横断面模式

泥石流沟的天然沟槽横断面模式，基本上由形成区的狭窄V形逐渐转换成堆积区的宽、浅、平梯（矩）形，由集中深水流渐变成宽、浅漫流，由冲蚀搬运过程演化成停淤堆积。这种天然泥石流沟槽断面的冲淤规律，完全符合排导槽窄、深、尖的冲蚀与梯（矩）形槽宽、浅、平的淤积特点。

6.排导槽排防机理

从防治泥石流的意义上讲，排导槽完全改变了平底槽的流通效应，其机理是：

1）排导槽在横断面结构上构成了一个固定的最低点，也是泥石流的最大水深、最大流速所在点和固体物质的集中点，从而成为一个固定的动力束流、集中冲沙的中心。

2）排导槽底能架空大石块，使大石块呈梁式点接触状态，以线摩擦和滚动摩擦形式运动。沟心尖底处泥石流的润滑浮托作用强，因而阻力小、速度大，这是排泄泥石流固体物质成功的关键。

3）排导槽底是由纵、横向斜面构成，松散固体物质在斜面上始终处于不稳定状态，沿斜坡合力方向挤向沟心最低点的集流中心，从而形成排导槽的三维空间重力束流，使泥石流输移效果更佳。反之，泥石流体在平底槽内的水深基本上是平摊等深，不易形成集流冲沙中心和立体重力束流，并且槽底与粗大石块呈平面接触，底部泥浆润滑作用微弱，故平底槽阻力大、速度小、防淤效果极差。

（三）排导槽工程设计技术要点

1.排导槽平面设计

（1）平面布置

平面设计时应随纵坡变缓，由上而下逐渐收缩槽宽，呈倒喇叭形。上游入口用15°～20°扩散角束流堤顺接原沟槽，防止上游沟槽漫流改道，连接处宜圆顺渐变，稳定主流动力线，理顺粗大石块列队归槽，以免大石块堵塞。

（2）出口走向

排导槽出口走向应与下游大河主流方向斜交，交角一般小于60°，有利于输送泥石流固体物质。

（3）排导槽长度

排导槽上游要顺接沟槽，以不使泥石流漫流改道为原则。下游长度不宜过大，并应适当抬高出口，为出口留有充分的堆积场所和发挥排导槽出口能量集中的特点，使之能自由冲刷，降低出口排水基面，防止泥石流出槽后漫流堆积。严禁排导槽伸入下游大河最高洪水位以下，以防洪水期回淤。

（4）弯曲半径

排导槽平面布设要尽量顺直，必须弯曲时，曲线半径不宜小于槽底宽度的10～20倍。

2.排导槽纵坡设计

（1）排导槽纵断面设计

将排导槽纵断面设计成上缓下陡或一坡到底的理想坡度，有利于泥石流固体物质的排泄。若受地形坡度限制，需设计成上陡下缓时，必须配套设计成槽宽逐渐向下游收缩的倒喇叭形，使水深亦逐步加大，保持缓坡段与陡坡段具有相同的水力输沙功能，确保排导槽的排淤效果。纵坡通常用30‰～300‰之间的数值，限值为10‰～350‰。设计纵坡可略缓于泥石流扇纵坡，使出口高出地面1m左右，有利于排泄和减轻磨蚀。

（2）坡度联结

当相邻纵坡设计值之差超过50‰时，宜用竖曲线连接。竖曲线半径尽量大，使泥石流体有较好的流势，以削弱泥石流固体物质在变坡点对槽底的局部冲击。

（3）纵坡设计

1）当纵坡过缓时，可在桥前设拦渣坝，提高泥石流位能，或用人工增大桥下局部河段纵坡，以提高排淤效果。

2）加大V形槽横坡。因为V形槽的纵、横坡度与流通效应成正比关系。当纵坡一定时，加大横坡也有增排效应。因此，要注意选择有效的横坡设计值。

（4）V形槽出入口设计

排导槽入口以15°～20°扩散角用曲线顺接沟槽两岸，连接处需牢固可靠，以防掏蚀改道。槽前接堤迎水面，防护基础埋深1～2m，槽的入口垂裙埋深1～2m，出口设“一”字墙拦挡槽后填土，出口垂裙深度视地质、地形和流速确定，一般埋深2.5～4.0m。如图3－29、图3－30、图3－31所示。

（5）排导槽槽顶

在槽顶一般应留有1.5～2.0m的净空，以满足泥石流排泄的特殊要求。

（6）注意事项

禁止在排导槽出口纵坡延长线以下1.5～2.0m深度范围内设防冲消能措施，以免受阻形成顶托、漫流回淤，影响排泄效果。

3.排导槽横断面设计

（1）V形底横坡设计

排导槽底部呈V形，其横坡通常为200‰～250‰，限值为100‰～300‰。横坡与泥石流颗粒粒度成正比，与养护维修、加固范围有关，横坡越陡，固体物质越集中，磨蚀、养护、加固范围越小。在纵坡不足时加大横坡更有意义。

图3－29 排导槽出口平面布置示意图

图3－30 排导槽出口一字墙示意图

图3－31 排导槽变高度边墙出口示意图

（2）排导槽槽宽设计

排导槽宜用适度的深宽比控制，槽底过宽，水深就小，不利于排导，且槽底磨蚀范围大，维修养护工作量大。槽宽也不能过小，否则将影响大石块的运行，导致堵塞、漫流。因此，排导槽出口槽宽设计最小不得小于2.5倍泥石流流体的最大石块直径，通常深宽比介于（1∶1）～（1∶3）之间为宜。

（3）排导槽槽深设计

1）排导槽设计水深计算：根据排导槽流速大于泥石流流通区流速的选定条件，求算排导槽的最小水深。拟定槽深，计算槽宽，选择适宜的深宽比。最小水深计算式如下：

对于黏性泥石流排导槽（铺底槽，考虑铺床作用，K值相似），计算公式为

地质灾害防治技术

式中：脚标c、l分别为排导槽和流通区；H为水深（m）；I为纵坡坡度（‰）。

对于稀性泥石流排导槽（铺底槽），

地质灾害防治技术

式中：n为糙率；其他符号意义同前。

2）排导槽设计水深必须大于1.2倍泥石流流体的最大石块直径，以防最大石块在槽内停淤。

3）排导槽设计流速必须大于泥石流流体内最大石块的起动流速，防止最大石块在槽内淤积。

（4）安全高度设计

由于泥石流常呈波状阵流运动，固体物质有漂浮表面现象，石块碰撞、泥沙飞溅。因此，设计时应按保护物的重要性设置不同的安全高度。在地势不利，桥下净空不足时，安全高度宜取0.5～1.0m，其余可取0.25m。当排导槽通过能力大于设计流量的20％时，可不另加安全高度。

（5）排导槽边墙设计

排导槽边墙分直墙式和斜墙式。设计边墙应视地质、地形、水文、泥沙情况，经综合经济技术比较而定。直边墙受力较大，适宜在曲线外侧和填方地段采用，有降低泥石流弯道超高值的作用，抗侧压力较好的优势。斜边墙适宜于挖方和直线段，按护墙受力设计，有省圬工的优越性。

（6）排导槽设计主要尺寸及圬工规格

排导槽设计尺寸及圬工规格见图3－32所示。

图3－32 排导槽设计主要尺寸及圬工规格图

1）流速v<8m/s时，沟心最大厚度取0.6m，边墙顶宽取0.5m，槽底用M10级水泥砂浆砌片石、块石镶面，边墙用M5.0级水泥砂浆砌片石，沟心设马鞍面。

2）当8≤v≤12m/s时，沟心最大厚度取0.8m，边墙顶宽取0.6m，槽底用M10级水泥砂浆砌片石，并在沟心0.4B槽宽范围内用坚硬块石镶面；边墙用M7.5级水泥砂浆砌片石。

3）当v>12m/s时，沟心最大厚度取1.0m，边墙顶宽取0.7m，槽底用C20级混凝土、钢纤维混凝土护面0.3m，沟心0.4B槽宽范围内用坚硬块石或铸石镶面，或设纵向旧钢轨防磨蚀，钢轨底面向上，轨距5～7cm，或采用钢板防护沟心。边墙用M10级水泥砂浆砌片石。