滑坡和泥石流是兩種不同的地質災害,其威力與流速和流量有關。直覺上,流量越大,流速越大,其破壞力越強。下面我就從力學的角度估算壹下普通滑坡和泥石流的能量,順便學習壹下泥石流的相關知識。
1.滑坡和泥石流的成因
泥石流,顧名思義,就是水與大量的土、沙混合在壹起,在重力的作用下,沿著溝壑或山坡滑動。成因很簡單,但也很復雜。其簡單性在於原理非常明確,由於暴雨或其他自然災害的重力作用,山體被水浸濕而發生滑坡。復雜性在於,由於自然條件和地質環境的不斷變化,很難準確地防止泥石流。
2.能量估算?流量的判斷
泥石流就像洪水壹樣,從高處傾瀉而下。因為混有大量的泥沙和石頭,所以威力很大。假設泥石流在高處從零初速度向下運動,此時存在勢能。在向下運動的過程中,勢能逐漸轉化為動能和消耗。
在這裏,能量消耗主要是由於與山坡的摩擦和運動過程中的內部碰撞。最終,由於這些能量的耗散,泥石流趨於靜止。由於地質破壞的巨大力量,許多學者對泥石流非常感興趣,並提出了各種計算速度的公式。壹般來說,泥石流的速度不僅與地形有關,還與沙粒的大小和含量有關。含量越高,碰撞概率越高,能耗越多,速度越小。粒徑越大,單位體積顆粒含量越少,碰撞概率越小,流速越大。
3.有害的
泥石流的破壞性除了自身能量外,還和地面建築物的強度有關,就像地震強度壹樣。因此,破壞性本身並不能代表泥石流所擁有的能量。下圖是泥石流後的場景。有些木質建築不足以抵擋,但有些木棍依然屹立不倒。
4.預防措施
滑坡和泥石流是極具破壞性的地質災害。通過對其原因的分析,我們發現保持山的綠色是多麽重要。山上的植被,包括草和樹,可以穩定山。原因是植物的根系比較復雜,相當於在山中加入大量的纖維材料來增強其強度。
上圖是學者研究的纖維增強復合材料,可以大大增強基體的強度。對於山來說,植物的根是類似的纖維狀物質。
5.摘要
滑坡泥石流的成因很簡單,是暴雨造成的。但是很難預測泥石流的發生。目前,有許多學者正在努力克服這樣的困難。主要原因是地質條件非常復雜,不能壹概而論。泥石流的動力來自流速和流量。速度和流量越大,功率越大。然而,流速並不總是無限的。隨著泥石流的運動,由於摩擦和內部碰撞,耗散了大量的能量,其動能(功率)較小。
要想減少泥石流的危害,甚至防止泥石流的發生,就必須保持山體常青!