泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度的測算方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種軟基消能型泥石流排導槽肋檻后部溝床最大沖刷深度的測算方 法，及其在防治工程中肋檻基礎埋深設計時的應用。
【背景技術】
[0002] 泥石流災害是山地災害的主要類型之一，每年都會造成數億元的經濟損失。目前 來說，泥石流排導槽是防治泥石流災害的一種有效的工程措施。在長期的泥石流防災減災 實踐中，泥石流排導槽的形式逐漸形成并完善；目前常用的泥石流排導槽形式之一為軟基 消能型排導槽，這種排導槽采用分離式擋土墻一一肋檻組合結構，充分利用了溝床和肋檻 對泥石流的消能作用，確保了山洪和泥石流的安全排泄。
[0003]目前，軟基消能型排導槽主要面臨的問題之一為肋檻基礎易受泥石流沖刷，進而 導致失穩破壞，影響排導工程的繼續運行。調查統計結果表明，汶川地震后，震區排導槽受 泥石流沖刷排導槽側墻、肋檻基礎，導致其發生錯落損毀的比例為30%，為主要的損毀模 式。根據《泥石流防治工程設計規范》(DZ/T0239-2004)，軟基消能型泥石流排導槽防沖肋檻 的基礎埋深推薦值為1. 5~4. 0m，最大埋深值是最小埋深值的2. 7倍，這種情況下，在排導 槽肋檻設計時很難準確確定肋檻的設計埋深。如果設計時取小值，排導槽工程運行過程中， 肋檻后部可能由于泥石流沖刷作用，導致失穩破壞，進而導致排導槽工程的破壞；如果設計 時取大值，就會導致施工成本的增加。因此，在泥石流排導工程設計時，準確地測算排導槽 檻后溝床最大沖刷深度，進而合理地設計肋檻基礎埋深，是排導槽工程設計時需要考慮的 關鍵因素之一。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種軟基消能型泥石流排導槽肋 檻后最大沖刷深度的測算方法及其應用，該方法基于理論推導，能夠合理確定軟基消能排 導槽肋檻后溝床最大沖刷深度，為肋檻基礎埋深的設計提供依據，計算簡便，計算結果精度 高，能適應實際工程需要。
[0005] 為實現上述目的，本發明的技術方案是：
[0006] 本發明提出一種軟基消能型泥石流排導槽肋檻后部溝床最大沖刷深度的測算方 法，基于能量法的理論推導如下：
[0007] 假設排導槽設計縱比降為L，肋檻后溝床最大沖刷深度為tv繪制泥石流在排導 槽內的流動示意圖，如圖1所示，以斷面2-2上點0為基準點，分別對1-1斷面和2-2斷面 進行能量分析。設斷面1-1處，泥石流流速為 Vl，泥深為4，單寬流量為Q1;斷面2-2處，泥 石流流速為v2，泥深為h 2，單寬流量為Q2;斷面3-3處，泥石流流速為v 3，泥深為h3，單寬流 量為％。
[0008]1、單寬流量的計算
[0009] 假設泥石流排導槽設計流量為％，排導槽設計寬度為B。取斷面1-1進行分析，首 先求出排導槽內泥石流單寬流量Q1:
【主權項】
1. 一種泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度的測算方法，所述泥石流排導槽包括若干按 一定間距設置的槽底橫向貫穿型肋檻（10)及其兩側的排導槽側墻（20)，其特征在于；肋檻 (10)后溝床最大沖刷深度的測算方法步驟如下： (一） 通過大比例尺地形圖測量計算或現場調查實測，確定排導槽設計縱比降I。;通過 現場調查，并結合工程實際情況，確定肋檻（10)間設計間距L、肋檻（10)高出溝床的設計高 度AK排導槽設計寬度B，單位均為m; (二） 通過泥石流容重計算公式計算或實際取樣實測，確定泥石流體重度丫 1，單位kN/ m3;通過實際取樣實測，確定溝床泥沙重度丫 2,單位kN/m3; (S)通過對泥石流體的流變實驗，確定泥石流粘滯系數n，單位化.S;通過對泥石流 體的流變實驗，確定泥石流屈服應力Tb，單位Pa; (四） 根據當地水文手冊，采用小流域水文計算方法確定洪峰流量，然后采用洪峰流 量與泥石流峰值流量的配方法關系式，確定泥石流峰值流量Q，單位mVs;接著根據公式 A= ，確定泥石流泥深h、單位m，式中，Q為泥石流峰值流量、單位mVs，l/n。為 溝床趟率系數、取值為7-15,B為排導槽設計寬度、單位m、由步驟（一）確定，I。為排導槽 設計縱比降、由步驟（一）確定；然后將泥石流泥深h代入公式V= ^ ，確定泥石流 nC 流速V、單位m/s，式中，1/n。為溝床趟率系數、取值為7-15,1。為排導槽設計縱比降、由步驟 (一）確定； (五） 通過W下公式確定肋檻（10)后溝床最大沖刷深度h。
式中，h。一肋檻（10)后溝床最大沖刷深度，單位m; 丫1-泥石流體重度，單位kN/m3,由步驟（二）確定； 丫 2-溝床泥沙重度，單位kN/m3,由步驟（二）確定； 丫 (I-水的重度，取值9. 8kN/m3; V-泥石流流速，單位m/s，由步驟（四）確定；h-泥石流泥深，單位m，由步驟（四）確定； Ah-肋檻（10)高出溝床的設計高度，單位m，由步驟（一）確定；
1. 一排導槽設計縱比降，由步驟（一）確定； L-肋檻（10)間設計間距，單位m，由步驟（一）確定；n-泥石流粘滯系數，單位化.S，由步驟（S)確定； Tb-泥石流屈服應力，單位化，由步驟（S)確定；g-重力加速度，取值9. 8m/s2。
2. 根據權利要求1所述的泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度測算方法，其特征在于： 肋檻（10)高出溝床的設計高度Ah取值范圍為0-lm。
3. 如權利要求1所述的泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度測算方法的應用，其特征在 于：適用于軟基消能型泥石流排導槽肋檻（10)基礎埋深的確定。
4. 根據權利要求3所述的泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度測算方法的應用，其特征 在于；將肋檻（10)后溝床最大沖刷深度h。加上基礎安全超深，即得到肋檻（10)基礎埋深。
5. 根據權利要求4所述的泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度測算方法的應用，其特征 在于；所述基礎安全超深為0. 5m。
【專利摘要】本發明公開了一種泥石流排導槽肋檻后最大沖刷深度的測算方法及應用。所述測算方法首先確定排導槽設計縱比降、肋檻間設計間距、肋檻高出溝床的設計高度、排導槽設計寬度，然后確定泥石流體重度和溝床泥沙重度、泥石流粘滯系數和泥石流屈服應力，接著確定泥石流泥深和泥石流流速，最后通過肋檻后溝床最大沖刷深度測算公式確定軟基消能型泥石流排導槽肋檻后部溝床最大沖刷深度。該方法綜合考慮溝床條件和泥石流自身特性，并結合肋檻后部沖刷特點，通過理論推導得到排導槽肋檻后最大沖刷深度計算公式，能合理確定不同情況下的肋檻后溝床最大沖刷深度，為泥石流災害防治工程設計提供科學依據，且該測算方法計算簡便，適應工程需要。
【IPC分類】G01B21-18
【公開號】CN104848825
【申請號】CN201510250485
【發明人】游勇, 劉曙亮, 柳金峰, 趙海鑫
【申請人】中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月15日