粘性泥石流斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面设计方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种粘性泥石流斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面设计方法及其应用。针对现有技术中斜墙ｖ型排导槽断面形态及尺寸多根据个人经验设计，无法确定水力最佳断面的缺陷，本发明专利技术提供一种粘性泥石流斜墙ｖ型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β；再计算水力最佳断面特征参量Ｓ；然后计算排导槽水力最佳断面相应的水力半径Ｒ；最后计算水力最佳断面的边坡深度ｈ↓［１］和槽底深度ｈ↓［２］。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斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面的形状和尺寸，使其具有最大泄流能力，且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斜墙V 型排导槽水力最佳断面的设计方法及其应用。
技术介绍
泥石流是广泛分布于中国山区，尤其是中国西南山区的一种典型地质突害， 由于其形成过程复杂，具有爆发突然、来势凶猛、大冲大淤、破坏力极强的特 点，常冲毁或淤埋铁路、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。近年来，随着西部大开发战略的实施 和山区社会经济的不断发展，以及不合理的人类活动的强度与规模加剧，致使 泥石流灾害日益频繁，灾害造成的损失更加严重。而许多重大交通、水利水电、 能源和资源的开发、厂矿等多数工程建在或拟建在高山峡谷地区，不少工程将 直接或间接地受到泥石流灾害的威胁。所以，对泥石流进行有效防治成为保障 山区经济可持续发展而亟需解决的关键问题之一。排导槽是泥石流防治经常采用的一种工程措施，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，尤其在公 路、铁路、城镇、矿山等泥石流整治中被优先采用。排导槽横断面的形状及尺 寸是泥石流排导槽设计的重要参数，如何合理选"l奪过流断面的形状和尺寸以使泥石流排导槽具有最佳的排泄能力，是在排导槽设计时需要解决的关键问题。斜墙V型排导槽的排泄能力应适应一定流量和密度的泥石流，但这样的排 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。 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。这样一来，斜墙V 型排导槽断面形态及尺寸的计算设计就显得更为重要，务必使设计的断面形态、 尺寸能在已定的纵比降条件下有更大的排泄泥石流的能力，但目前斜墙V型排 导槽断面形态及尺寸多根据个人的经验来设计，无法确定水力最佳断面。
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斜墙V型排导 槽水力最佳断面的设计方法，该方法不仅能够合理确定斜墙V型排导槽水力最 佳断面的形状和尺寸，使斜墙V型排导槽具有最大泄流能力，而且计算方法有效筒便，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水力最佳断面尺寸参量；计 算水力最佳断面特征参量；计算水力半径；计算水力最佳断面特征尺寸四大部 分组成。首先由斜墙v型排导槽的侧墙边坡系数和槽底横坡系数确定水力最佳 断面尺寸参量；然后根据水力最佳断面尺寸参量、侧墙边坡系数和槽底横坡系 数计算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50。/。颗粒较之为小的粒径、槽底纵比降和水力最佳断面 特征参量计算斜墙v型排导槽水力最佳断面相应的水力半径；最后根据侧墙边坡系数、槽底横坡系数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特征尺寸，即斜墙V型排导槽水力最 佳断面的边坡深度和槽底深度，从而可以确定水力最佳断面的尺寸。本专利技术所述粘性泥石流斜墙V型排导槽水力最佳断面的设计方法步骤如下(1)计算斜墙v型排导槽的水力最佳断面尺寸参量-;斜墙v型排导槽最大泄流时，通过推导，得到水力最佳断面尺寸参量/ 的计算公式如下<formula>formula see original document page 6</formula> ①式中m,—斜墙v型排导槽的侧墙边坡系数，根据经验值、同时考虑排导槽布 置地实际地形特征进行取值，取值范围为0.1-2.0; m2—斜墙v型排导槽的槽底横坡系数，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; -一水力最佳断面尺寸参量。 根据推导得到的式(D可知，斜墙v型排导槽最大泄流时的水力最佳断面尺 寸参量/ 仅与排导槽的侧墙边坡系数m,和槽底横坡系数m2有关。 (2 )计算斜墙v型排导槽的水力最佳断面特征参量S; 斜墙v型排导槽最大泄流时，通过推导，得到水力最佳断面特征参量S的计 算公式如下<formula>formula see original document page 6</formula>式中S—水力最佳断面特征参量； 其他符号同前面一致。 根据推导得到的式(2)可知，斜墙v型排导槽最大泄流时的水力最佳断面特 征参量S与式①计算得到的水力最佳断面尺寸参量和排导槽的侧墙边坡系数 m,、槽底横坡系数m2有关，由于水力最佳断面尺寸参量/ 仅与侧墙边坡系数 m,和槽底横坡系数ni2有关，所以水力最佳断面特征参量S也仅与侧墙边坡系数 m,和槽底4黄:故系婆史m2有关。(3)计算斜墙v型排导槽水力最佳断面相应的水力半径R; 斜墙v型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> ③式中R—斜墙v型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m3/3，通过通用的调查或计算方法求得； Cv—泥石流体积比含^^、浓度，通过野外调查确定；050—颗粒级配曲线上50%颗粒较之为小的粒径，单位mm,通过实地取 样分析确定；Ic一斜墙v型排导槽的槽底纵比降，根据实际具体地形情况确定； 式中其他符号同前面一致。 (4 )计算斜墙v型排导槽水力最佳断面的边坡深度&和槽底深度h2; 斜墙v型排导槽水力最佳断面的边坡深度h,和槽底深度h2,通过推求，用 下式计算7 卿2(y^/l +m,2 +^l + m22) , S尺厶2 =-; -; ⑤2(^/l + m,2 +力+ m22) 式中斜墙v型排导槽水力最佳断面的边坡深度，单位m;112—斜墙v型排导槽水力最佳断面的槽底深度，单位m;式中其他符号同前面一致。 将由①式求得的水力最佳断面尺寸参量P的值、②式求得的水力最佳断 面特征参量S的值，以及③式求得的斜墙v型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斜墙v型排导槽水 力最佳断面的边坡深度h,和槽底深度h2,从而可确定水力最佳断面的形状、尺 寸。在实际工程设计中，由于地形条件比较复杂，排导槽的侧墙边坡系数im和槽底横坡系数m2往往会在一定范围内变动， 一旦变动，将变动后的m,、 m2值 代入Q 、②式求得相应的/ 、 S,重复上迷步骤即可求得变动后排导槽水力最 佳断面的边坡深度h,和槽底深度h2。本专利技术所述粘性泥石流斜墙v型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斜墙v型排导槽外，还可以在泥石流流域中上游沟道内 布置3-5座拦砂坝工程和5-8道谷坊坝工程，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斜墙V型排导槽水 力最佳断面的形状和尺寸，使斜墙V型排导槽具有最大泄流能力，而且计算方 法有效快速简便，适应实际工程需要。附图说明图1是粘性泥石流斜墙V型排导槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘性泥石流斜墙ｖ型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）计算斜墙ｖ型排导槽的水力最佳断面尺寸参量β，计算式如下：　＊＊＊　式中：ｍ↓［１］－斜墙ｖ型排导槽的侧墙边坡系数；ｍ↓［２］－斜墙ｖ型排导槽的槽底横坡系数，根据排导槽布置地实际地形特征取值；　β－水力最佳断面尺寸参量；　（２）计算斜墙ｖ型排导槽的水力最佳断面特征参量Ｓ，计算式如下：　＊＊＊　式中：Ｓ－水力最佳断面特征参量；其他符号同前面一致；　（３）计算斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面相应的水力半径Ｒ，计算式如下：　Ｒ＝０．２３Ｑ↑［３／７］／［Ｓ↑［６］Ｃ↓［ｖ］↑［２］（Ｄ↓［５０］Ｉ↓［ｃ］）］↑［１／１４］　式中：Ｒ－斜墙ｖ型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↓［５０］－颗粒级配曲线上５０％颗粒较之为小的粒径，单位ｍｍ，通过实地取样分析确定；　Ｉ↓［ｃ］－斜墙ｖ型排导槽的槽底纵比降，根据实际具体地形情况确定；　其他符号同前面一致；　（４）计算斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面的边坡深度ｈ↓［１］和槽底深度ｈ↓［２］，计算式如下：　＊＊＊式中：ｈ↓［１］－斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面的边坡深度，单位ｍ；　ｈ↓［２］－斜墙ｖ型排导槽水力最佳断面的槽底深度，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，潘华利，柳金峰，陈晓清，欧国强，
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]