摘要:公路泥石流是指发育于公路沿线并对公路桥涵、路基路面及相应防护结构具有冲击毁损和淤埋破坏的病害类型。丰富的物源、具有焚风效应的气象条件以及泥石流沟轴线与区域新构造应力场主压应力方向一致等是形成大型泥石流的宏观背景。将泥石流概化为固、液两相流体,运用两相流理论、泥沙运动力学、Bingham流变方程和Bagnold颗粒相互作用试验结果等,初步建立了泥石流固-液分相流速计算方法、基于泥石流在防治结构表面及泥石流沟岸产生的冲击形迹建立的反求泥石流冲击力计算方法以及泥石流磨蚀力计算方法。开发了速流结构、泥石流隧道及翼型墩汇流结构等10余种防治技术,集成了拦-汇-排等多种综合治理模式,据此撰写了《公路泥石流防治工程设计、施工指南》,据此实施了60余个防治工程,效果显著。研究成果初步构建了公路泥石流理论及技术体系。
引 言
公路泥石流是指发育于公路沿线并对公路桥涵、路基路面及相应防护结构具有冲击毁损和淤埋破坏的病害类型,包括桥台水毁、上部结构毁损、桥涵基础掏蚀、桥涵淤埋、道路毁损等类型[1~2]。由滇北、川西、藏东南、西秦岭山地共同构成的横断山区是我国泥石流强烈发育的地带,制约着境内国道108线、212线、318线、319线及10余条省级干线公路的正常营运;新疆独山子至乔尔玛段的北天山是我国西北泥石流集中发育的地区,制约着国道217线的正常运行。不完全统计资料表明,我国公路沿线存在典型的泥石流6000余条,泥石流毁损公路构建筑物,导致中断交通总时间占公路可通行时间的30~40%,我国公路每年因泥石流造成的直接经济损失数十亿元[1]。
迄今,国内外学者从泥石流形成机理及试验观测[3~9]、泥石流物理学[10]、泥石流运动[11-13]、沉积作用[14,15]、泥石流两相流模型[16,17]和防治技术[18,19]等方面较全面地构建了泥石流研究体系。然而,从防治公路泥石流病害而言,关键是如何在公路建构筑物附近通过建造防治工程有效排泄泥石流体,确保公路结构的安全,进而使公路交通有序进行,现有研究成果及相关部颁规范[20,21]防治公路泥石流的针对性较差,因此,系统实施公路泥石流研究具有必要性、紧迫性。
20世纪90年代以来,陈洪凯等致力于公路泥石流研究,在公路泥石流形成环境、发育机理、流速及冲击力计算、泥石流磨蚀作用及治理技术等方面作了大量开创性工作[1,2][22~43],初步建立了公路泥石流理论及技术体系,并总结撰写写为《公路泥石流防治工程设计指南、施工指南》[44],据此实施了60余个防治工程,通过多年的现场观测,运行效果良好,解决了相应路段的泥石流病害。本文是作者从事公路泥石流研究及工程实践的简要总结,为进一步实施相关研究提供指导借鉴。
基金项目:国家自然科学基金(50678182);高校博士点基金(20060618001)
作者简介:陈洪凯(1964-): 男,重庆人.教授;博士后,博士生导师.国际著名WSEAS学术团队成员.从事泥石流与边坡力学机理及工程控制研究(联系人.Tel/Fax:+86-23-62652719; E-mail: Bialik@163.net)
1 公路泥石流形成条件
第一、丰富的泥石流物源。由于公路作为线状构筑物,需要穿越不同的地质、地貌区,公路沿线涉及种类齐全、储量丰富但分布不均的泥石流物源。如在海拔超过1000m的高寒地区,物源类型主要有寒冻风化物、第四纪冰碛物及冰水沉积物等,根据对新疆天山公路沿线198l~1990年寒冻风化碎屑的统计,海拔3300~3500m之间坡地平均碎屑产出率为0.006~0.008 m3/(m2·a),在山体坡前地带则存在大量冰碛物,呈现典型的混杂堆积,仅在北天山哈希勒根地区便有冰碛垄3~6道,紧紧围绕在现代冰川下方,在K631泥石流沟内发育5道古冰碛垄并呈5级物源台地,最厚的T5台地厚可及100m;在海拔1800~2000m之间的河谷两岸冰水阶地发育,一般3~5级,每级阶地厚20~30m[35]。
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