一种新型泥石流桩群型拦挡结构及方法技术

本发明专利技术涉及一种新型泥石流桩群型拦挡结构及方法，包括至少三排桩体；沿泥石流流向，首先放置分流型桩、其次放置导流Ⅰ型桩、最后放置导流Ⅱ型桩；泥石流流经第一排桩时对泥石流进行分流，使泥石流流向不同的功能区；各排桩之间通过曲面引导泥石流的转向，与来流泥石流交汇，形成混杂消能区以对泥石流进行能量耗散；泥石流被逐级分流、引导、转向、对冲后其流速和动能逐级降低，最终降低泥石流运移距离和对防护对象的冲击力，减弱受灾程度和范围，提高防护对象的安全性。与现有技术相比，本发明专利技术具有结构受力更为合理、结构更为稳定、经济成本低等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种新型泥石流桩群型拦挡结构及方法
本专利技术属于工程地质领域，尤其涉及一种泥石流拦挡结构。
技术介绍
泥石流指在山区因大规模降雨等因素引发的含有大量固体成分的特殊洪流。因其具有密度高、运动速度快、运移距离远，破坏能力强的特点，常常造成极大的财产损失和人员伤亡。我国是多山国家，在极端气候增多和强烈人类工程活动的背景下，近年来泥石流灾害频发，给人民生命、财产安全构成了极大威胁。因而开发有效的拦挡结构，通过减少泥石流的流速和动能，从而降低泥石流运移距离和冲击力，减弱受灾程度和范围，提高防护对象的安全性，具有重大的社会经济意义。现有技术中，桩群型拦挡结构是一种行之有效的手段。这种结构通过在泥石流流通区设置桩体阵列，当泥石流经过桩群时，在桩与桩之间形成土拱结构，在泥石流与桩群的相互作用中，土拱结构不断地形成、破坏、重建，造成流动能量损失，从而实现减灾防护目的。传统桩群型拦挡结构的缺点在于桩体承受冲击力不均匀，第一排桩体承受了最大的冲击力，后面的桩体承受的冲击力依次递减。这种冲击力分布会引发以下效应：(1)第一排桩有最大的破坏风险，当其破坏后，为泥石流提供了更为丰富的物源，产生连锁反应引发下级桩体的破坏，从而使泥石流能量逐级放大，造成巨大损失；(2)在设计时，为满足设计要求，所有桩体都需按照第一排受承受的最大冲击力进行设计，从而造成材料的浪费。为此，有必要开发一种结构受力更为合理的桩群型拦挡结构，以提高结构的稳定性和经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种结构受力更为合理，经济安全的泥石流拦挡结构。为此，本专利技术采用如下技术方案：一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，包括至少三排桩体；所述桩体包括分流型桩(1)、导流Ⅰ型桩(2)及导流Ⅱ型桩(3)，布置方式：沿泥石流流向，首先放置分流型桩(1)、其次放置导流Ⅰ型桩(2)、最后放置导流Ⅱ型桩(3)。所述的一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，所述分流型桩(1)截面为梯形和半圆的组合体，由分流短边(8)、导流短边(9)、导流长边(11)及转向短边(12)组成：由端点A沿泥石流流向(7)偏转角度α做线段AB形成分流短边(8)；由端点B做线段BC形成导流短边(9)，线段AB与线段BC之间夹角为180°-2α；在以上确定好分流短边(8)和导流短边(9)的几何参数后，桩体其他几何参数可由以下几何关系确定：于端点C做线段BC的垂线，于端点A做线段BC的平行线，两线相交于点D，线段AD形成导流长边(11)；以直线CD的中点O1为圆心，线段CD为直径，做圆弧CD以封闭整个截面图形；圆弧CD形成转向短边(12)；所述导流Ⅰ型桩(2)截面为梯形、圆弧和三角形的组合体，由分流短边(13)、导流短边(14)、导流长边(19)、转向短边(17)及转向长边(20)组成：在确定分流短边(13)和导流短边(14)的几何参数后，桩体其他几何参数可由以下几何关系确定：由端点G做垂直于泥石流流向(7)的直线，由E做EF的平行线，两线相交于点H，用直线连接E点和H点形成辅助线(15)，用直线连接G点和H点形成辅助线(16)；由端点E做线段GH的平行线，由端点H做线段EF的平行线，两线交于点I，用直线连接HI形成导流长边(19)；由端点G做线段FG的垂线，由端点H做直线HI的垂线，两线交于点O2，以O2为圆心，点H和O2连线为半径，做圆弧HG形成转向短边(17)；由端点I线段HI的垂线，由端点E做线段EH的垂线，两线交于点O3，以O3为圆心，点I和O3连线为半径，做圆弧IE形成转向长边(20)；所述导流Ⅱ型桩(3)截面可由导流Ⅰ型桩(2)截面镜像得到。所述的一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，所述分流型桩(1)、导流Ⅰ型桩(2)及导流Ⅱ型桩(3)垂直于泥石流流向等间距放置。所述的一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，每排桩体间距的总和需大于泥石流宽的1/3。所述的一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，泥石流沟壁距桩体的最近距离需小于每排桩间距的1/2。基于上述本专利技术提供的新型桩群式拦挡结构，采用多级分流、引导、转向、对冲设计来实现泥石流的分流及引导方法：(1)泥石流流经分流型桩1时，流域被分为初级导流区21和初级导流区22；(2)分流型桩1和导流Ⅰ型桩2之间形成流体转向区23；(3)初级导流区21和流体转向区23的流体在初级混杂消能区24对冲消能；(4)导流Ⅰ型桩2之间形成次级导流区25；(5)导流Ⅰ型桩2和导流Ⅱ型桩3之间形成流体转向区26；(6)次级导流区25和流体转向区26的流体在混杂消能区27对冲消能。综上，本专利技术的有益效果在于：通过桩体对泥石流的分流和引导，充分利用流向相反的流体对流消能，尽量避免泥石流和桩体的直接冲击；使各排桩体所承受的冲击力基本相同，减少第一排桩体破坏的风险；与传统方法泥石流和桩体之间直接撞击而使泥石流耗能的理念相比，本专利技术通过桩体间形成的转向区和混杂消能区实现泥石流流体的能量耗散，减少了泥石流和桩体直接撞击产生的冲击力，提高了桩体的安全性。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为分流型桩截面设计示意图；图3为导流型桩(Ⅰ型/Ⅱ型)截面设计示意图；图4为泥石流分流引导对冲示意图。具体实施方式下面结合具体实例为对本专利技术的技术方案进行详细的阐述，未作说明的部分，例如桩体的高度和间距，需结合实际情况进行设计，本领域技术人员在本专利技术的指导下，可根据现有条件通过实验和计算进行修建，不影响专利技术的实施。如图1所示，一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其基本单位由设在泥石流沟6内3个不同形状的基本桩体组成；本专利技术拦挡结构由分流型桩1，导流Ⅰ型桩2，导流Ⅱ型桩3组成。沿泥石流来流方向，分流型桩1组成第一排桩，导流Ⅰ型桩2第二排桩，导流Ⅱ型桩3构成第三排桩；各排桩体沿流宽方向均匀分布；在泥石流沟边缘，桩体不必紧靠两侧的沟壁4、5设置。分流型桩1的构造，其截面如图2所示：(1)由端点A沿泥石流流向7偏转角度α做线段AB形成分流短边8(作为实施例，α的夹角范围优选为10°-20°，分流短边8的长度范围优选为：泥石流沟宽度的1/10-1/20)；(2)由端点B做线段BC形成导流短边9，线段AB与线段BC之间夹角为180°-2α(作为实施例，导流短边9长度范围优选为：分流短边8长度的1.5-2倍)；(3)在以上确定好分流短边8和导流短边9的几何参数后，桩体其他几何参数可由以下几何关系确定：于端点C做线段BC的垂线，于端点A做线段BC的平行线，两线相交于点D，线段AD形成导流长边11；以直线CD的中点O1为圆心，线段CD为直径，做圆弧CD以封闭整个截面图形；圆弧CD形成转向短边12。导流Ⅰ型桩2截面如图3所示:(1)由端点E沿泥石流流向7偏转角度α做线段EF形成分流短边13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，包括至少三排桩体；/n所述桩体包括分流型桩(1)、导流Ⅰ型桩(2)及导流Ⅱ型桩(3)，布置方式：/n沿泥石流流向，首先放置分流型桩(1)、其次放置导流Ⅰ型桩(2)、最后放置导流Ⅱ型桩(3)。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，包括至少三排桩体；
所述桩体包括分流型桩(1)、导流Ⅰ型桩(2)及导流Ⅱ型桩(3)，布置方式：
沿泥石流流向，首先放置分流型桩(1)、其次放置导流Ⅰ型桩(2)、最后放置导流Ⅱ型桩(3)。


2.根据权利要求1所述的一种新型泥石流桩群型拦挡结构，其特征在于，
所述分流型桩(1)截面为梯形和半圆的组合体，由分流短边(8)、导流短边(9)、导流长边(11)及转向短边(12)组成：
由端点A沿泥石流流向(7)偏转角度α做线段AB形成分流短边(8)；
由端点B做线段BC形成导流短边(9)，线段AB与线段BC之间夹角为180°-2α；
在以上确定好分流短边(8)和导流短边(9)的几何参数后，桩体其他几何参数可由以下几何关系确定：于端点C做线段BC的垂线，于端点A做线段BC的平行线，两线相交于点D，线段AD形成导流长边(11)；以直线CD的中点O1为圆心，线段CD为直径，做圆弧CD以封闭整个截面图形；圆弧CD形成转向短边(12)；
所述导流Ⅰ型桩(2)截面为梯形、圆弧和三角形的组合体，由分流短边(13)、导流短边(14)、导流长边(19)、转向短边(17)及转向长边(20)组成：
在确定分流短边(13)和导流短边(14)的几何参数后，桩体其他几何参数可由以下几何关系确定：由端点G做垂直于泥石流流向(7)的直线，由E做EF的平行线，两线相交于点H，用直线连接E点和H点形成辅助线(15)，用直线连接G点和H点形成辅助线(16)；由端点E做线段GH的平行线，由端点H做线段EF的平行线，两线交于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雨，石昊，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31