本发明专利技术公开了一种粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面设计方法及其应用。针对现有技术中三角形底排导槽设计中排导槽水力最佳断面的计算方法烦琐，且无法得到唯一的确定值等缺陷，本发明专利技术提供一种粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面设计方法。该方法首先计算排导槽水力最佳断面尺寸参量Ｆ和水力最佳断面特征参量Ｓ；然后计算排导槽水力半径Ｒ；最后计算水力最佳断面的宽度Ｗ、深度Ｈ。该方法适用于粘性泥石流的防治，且可与其他骨干型拦挡工程配合使用。与现有技术相比，本发明专利技术能够合理确定三角形底排导槽水力最佳断面的形状和尺寸，且计算结果为唯一确定解，计算方法有效快速简便，适应实际工程需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种泥石流排导槽设计方法，特别是涉及一种粘性泥石流三角 形底排导槽水力最佳断面的设计方法及其应用。
技术介绍
泥石流是中国山区，尤其是中国西南山区广泛发育的一种地质灾害，具有 发生突然、历时短暂、来势凶猛、大冲淤、破坏力极强的特点，常冲毁淤埋铁 路、公路、车站、城镇、工厂、矿山、村寨和水利设施等，严重阻碍了山区经 济建设的可持续发展。所以迫切需要对泥石流进行防治，以保障山区经济的可 持续发展。在泥石流的防治措施中，三角形底排导槽由于具有工程结构简单、防治效 果好、就地取材、施工及维护方便、使用周期长、造价低等特点，是目前防治 泥石流灾害中使用最为广泛的工程措施之一，尤其在公路、铁路、城镇、矿山 等泥石流整治中被优先采用。三角形底排导槽的排泄能力应适应一定流量和密度的泥石流，这样的排导 槽的纵坡与横断面尺寸可以有很多组合方案，都可以满足设计流量的需要，但 其中的大部分设计并不经济。因此，泥石流排导槽水力最佳断面的确定一直是排导槽设计人员希望有效解决的关键问题。最佳断面是指在纵坡I、糙率系数n和设计流量Q—定时，过流断面面积A最小或水力半径R最大的断面，即以 最小的过流面积通过"i殳计流量的排导槽断面。排导槽水力最佳断面尺寸特征由 排导槽横断面宽度和深度确定。在实际工程设计中，排导槽的纵比降值往往受到地形条件的限制，选择的 余地不大，也即排导槽的纵比降值常常可根据地形条件首先确定。因此，如何 在纵比降值确定的情况下快速、便捷的求得三角形底排导槽水力最佳断面尺寸 在实际应用中就显得更为重要。费祥俊，舒安平所著的《泥石流运动机理与灾害防治》 一书中，公开了对 断面边坡为2的三角形底排导槽横断面的形状及具体尺寸计算，首先确定最佳 断面形态系数，然后计算平均流速和水力半径，再通过二元一次方程公式联合 求解，得到横断面宽度和深度的具体数值。但是这一计算方法存在重大缺陷， 即在联合求解时，不能得到唯一的确定值，且计算方法烦瑣，不简便。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种粘性泥石流三角形底排导 槽水力最佳断面的设计方法，该方法不仅能够合理确定三角形底排导槽水力最 佳断面的形状和尺寸，使三角形底排导槽具有最大泄流能力，而且计算结果为 唯一确定解，计算方法有效简便，适应实际工程需要。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是由确定最大泄流时横断面尺寸参量 和横断面特征参量；计算水力半径；计算最大泄流横断面关键尺寸槽宽度、槽 深度三大部分组成。首先由三角形底排导槽的横坡比降确定水力最佳断面尺寸参量和水力最佳断面特征参量；然后根据泥石流设计流量、泥石流体积比含砂 浓度、颗粒级配曲线上10%颗粒较之为小的粒径、槽底的纵比降和水力最佳断 面特征参量计算三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径；最后根据横坡 比降和依次求得的水力最佳断面尺寸参量、水力最佳断面特征参量、水力半径 计算出水力最佳断面的宽度和深度。本专利技术所述粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面的设计方法步骤如下 (1)计算三角形底排导槽的水力最佳断面尺寸参量F和水力最佳断面特征 参量S;三角形底排导槽最大泄流时，通过推导，得到水力最佳断面尺寸参量F和水 力最佳断面特征参量S的计算公式如下S—1 + Ic2 — 4IC ② 式中Ic一三角形底排导槽的横坡比降，其定义为Ic =2AH/W (采用绝对值)， 工程中根据排导槽布置地实际地形特征取值，取值范围在0.1 ~ 10之 间；F—水力最佳断面尺寸参量； S—水力最佳断面特征参量。 冲艮据推导得到的式(D和②可知，三角形底排导槽最大泄流时的水力最佳 断面尺寸参量F和水力最佳断面特征参量S仅与排导槽的横坡比降lc有关。 (2 )计算三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径R; 三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径R,通过推导用下式进行计算<formula>formula see original document page 7</formula>式中R—三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径，单位m;0~泥石流设计流量，单位mVs,通过通用的调查或计算方法求得； Cv—泥石流体积比含砂浓度，通过野外调查确定；Du)"^^粒级配曲线上10 %颗粒较之为小的粒径，单位mm，通过实地取 样分析确定；I—槽底的纵比降，采用绝对值，根据实际具体地形情况确定； 式中其他符号同前面一致。 (3 )计算三角形底排导槽水力最佳断面的宽度W和深度H; 三角形底排导槽水力最佳断面宽度W和深度H,通过推求，用下式计算④ (2)<formula>formula see original document page 7</formula>式中W—三角形底排导槽水力最佳断面的宽度，单位m; H—三角形底排导槽水力最佳断面的深度，单位m; 式中其他符号同前面一致。将由 、②式求得的水力最佳断面尺寸参量F和水力最佳断面特征参量S 的值，以及③式求得的三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径R的值代 入④、 式，即可直接计算得到粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面尺 寸W、 H。在实际工程设计中，由于地形条件比较复杂，排导槽的横坡比降Ic往往会在一定范围内变动， 一旦变动，将变动后的Ic值代入O)、②式求得相应的F、S,重复上述步骤即可求得变动后排导槽水力最佳断面的宽度W和深度H。本专利技术所述粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面设计方法，应用于重 度大于等于20KN/m3，粒径小于0.005mm的粘粒含量大于1%的粘性泥石流的 防治。根据泥石流发生地现场地形特征与环境条件，当保护对象重要时，工程 中除使用本专利技术设计的三角形底排导槽外，还可以在泥石流流域中上游沟道内 布置3-5座骨干型拦挡工程，与根据所述排导槽水力最佳断面设计方法设计的排 导槽配合使用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是能够合理确定三角形底排导槽水 力最佳断面的形状和尺寸，使三角形底排导槽具有最大泄流能力，而且计算结 果为唯一确定解，计算方法有效快速简便，适应实际工程需要。附图说明图1是粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面的4黄断面剖视图。图2是粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面的俯3见图。图3是粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面的纵向剖视图。图中标号如下W三角形底排导槽水力最佳断面的宽度H三角形底排导槽水力最佳断面的深度 △H 槽底深度I 槽底纵比降具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的优选实施例作进一步的描述。 实施例一如图1、图2、图3所示。粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面的形状 和尺寸由排导槽宽度W和排导槽深度H的值确定。橄榄坝沙沟为金沙江下游右岸一级支沟，其流域面积为6.98 km2,主沟长度 5.32 km,主沟床平均比降230%。，沟口海拔675 m,最高海拔2387 m,流域相 对高差1712m。该沟为一条暴发频率较高的灾害性泥石流沟，曾多次发生泥石 流，对沟口的桥梁、耕地、公路等造成严重的危害。根据现场调查分析，该沟泥石流为粘性，重度为2.25t/m3，相应的体积比含 砂浓度Cf0.74。通过水文计算，设计标准P2。/。的泥石流流量Q473.0mVs，现场 调查分析泥石流颗粒组成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种粘性泥石流三角形底排导槽水力最佳断面设计方法，其特征在于：所述水力最佳断面设计方法步骤如下：（１）计算三角形底排导槽的水力最佳断面尺寸参量Ｆ和水力最佳断面特征参量Ｓ，计算式如下：＊＊＊式中：Ｉ↓［ｃ］－三角形底排导槽的横坡比降，根据排导槽布置地实际地形特征取值；Ｆ－水力最佳断面尺寸参量；Ｓ－水力最佳断面特征参量；（２）计算三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径Ｒ，计算式如下：Ｒ＝０．８１３２｛Ｑ↑［３］／Ｓ↑［３］［Ｃ↓［ｖ］（１－Ｃ↓［ｖ］）／Ｄ↓［１０］］↑［－２］Ｉ↑［－１／２］｝↑［１／７］式中：Ｒ－三角形底排导槽水力最佳断面相应的水力半径，单位ｍ；Ｑ－泥石流设计流量，单位ｍ↑［３］／ｓ，通过通用的调查或计算方法求得；Ｃ↓［ｖ］－泥石流体积比含砂浓度，通过野外调查确定；Ｄ↓［１０］－颗粒级配曲线上１０％颗粒较之为小的粒径，单位ｍｍ，通过实地取样分析确定；Ｉ－槽底的纵比降，采用绝对值，根据实际地形情况确定；其他符号同前面一致；（３）计算三角形底排导槽水力最佳断面的宽度Ｗ和深度Ｈ，计算式如下：＊＊＊式中：Ｗ－三角形底排导槽水力最佳断面的宽度，单位ｍ；Ｈ－三角形底排导槽水力最佳断面的深度，单位ｍ；其他符号同前面一致。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：游勇，柳金峰，欧国强，陈晓清，
申请(专利权)人：中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。