一种泥石流冲刷模型建立方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种泥石流冲刷模型建立方法与系统，包括：根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速；根据泥石流流速确定泥石流对沟床表面的流动剪切力；根据流动剪切力、法向剪应力和切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；当顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数在预设范围内时，使用冲刷模型确定泥石流侵蚀深度。本发明专利技术考虑了沟床物质在因流动剪应力和自重静压带来的应力增加，能够更加准确的反应泥石流的侵蚀深度，为防治工程基础埋深的设计提供了依据。工程基础埋深的设计提供了依据。工程基础埋深的设计提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
一种泥石流冲刷模型建立方法与系统


[0001]本专利技术涉及自然灾害预警
，特别是涉及一种泥石流冲刷模型建立方法与系统。

技术介绍

[0002]在遭遇极端降雨天气时，陡山坡地区沟道暴发大规模泥石流是不可避免的。泥石流沟道的演进过程极为复杂，尤其是在流域中上游沟道狭窄，沟坡急陡段，经历强降雨后，流域快速汇流于陡峭河道中，流体呈具有脉动现象的紊流或湍流流场，其动量、能量以及扩散能力较大，水体通过“冲击”、“打击”、“搅拌”等作用对流场产生影响造成沟道冲刷。在流域下游一般为平缓的堆积区，若沟道中上游存在“消防水管”效应，水体巨大的惯性冲击力导致该段松散固体物质解体，直至破坏而裹挟于流体中，泥石流浆体形成，同时在洪积扇堆积体上迅速深切拉槽形成狭窄而短直的沟道，沟道内纵坡比之前显著加大，流体的流量急剧变化，极大的增加了泥石流的破坏力。
[0003]目前有关泥石流沟道侵蚀的研究多是基于实验进行的定性描述或半定量分析，未能明晰泥石流侵蚀沟床的内在力学机理。近来，虽然有人针对黏性泥石流对沟道土体的侵蚀能量条件进行了理论研究，但却缺乏力学机理解析，因而难以定量描述侵蚀速率变化等侵蚀过程的发展，也不能对侵蚀深度等物理过程进行预测，因此，要以此为依据去指导泥石流沟道的治理还远远不够。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种泥石流冲刷模型建立方法与系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种泥石流冲刷模型建立方法，包括：<br/>[0007]根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；
[0008]根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速；
[0009]根据所述泥石流流速确定泥石流对沟床表面的流动剪切力；
[0010]根据所述流动剪切力、所述法向剪应力和所述切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；
[0011]当顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数在预设范围内时，使用冲刷模型确定泥石流侵蚀深度。
[0012]优选地，所述根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力，包括：
[0013]采用公式：
[0014][0015]确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；其中，σ表示法向剪应力，τ表示切向剪应力，γ
w
表示水体重度，γ
s
为沟床基质饱和重度，H为泥石流流深，θ为沟床坡度，h为沟床饱和基质深度。
[0016]优选地，所述根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速，包括：
[0017]采用公式：
[0018][0019]确定泥石流流速；其中，η表示黏滞系数，v
m
表示流速，τ
y
表示屈服应力，Q表示泥石流流量，B表示泥石流沟道宽度，γ
m
表示泥石流重度。
[0020]优选地，所述根据所述流动剪切力、所述法向剪应力和所述切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数，包括：
[0021]采用公式：
[0022][0023][0024][0025]确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；其中，K
t
表示顶层土体安全系数，K
b
表示底层土体稳定性安全系数，c表示土体黏聚力，Δσ表示法向应力增量，Δp表示沟床孔隙水压力增量，τ
d
表示流动剪切力，Δτ表示切向剪应力增量，表示土体内摩擦角，σ
bot
表示沟床基质法向应力，p
bot
表示总孔隙水压力，R2表示两侧岩土体因侧向水平应力而产生的抗剪强度，K0为侧压力系数，τ
bot
表示沟床基质切向剪应力。
[0026]优选地，所述冲刷模型为：
[0027][0028]其中，Δh表示侵蚀深度。
[0029]本专利技术还提供了一种泥石流冲刷模型建立系统，包括：
[0030]根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；
[0031]根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速；
[0032]根据所述泥石流流速确定泥石流对沟床表面的流动剪切力；
[0033]根据所述流动剪切力、所述法向剪应力和所述切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；
[0034]当顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数在预设范围内时，使用冲刷模型确定泥石流侵蚀深度。
[0035]优选地，所述根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的
法向剪应力和切向剪应力，包括：
[0036]采用公式：
[0037][0038]确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；其中，σ表示法向剪应力，τ表示切向剪应力，γ
w
表示水体重度，γ
s
为沟床基质饱和重度，H为泥石流流深，θ为沟床坡度，h为沟床饱和基质深度。
[0039]优选地，所述根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速，包括：
[0040]采用公式：
[0041][0042]确定泥石流流速；其中，η表示黏滞系数，v
m
表示流速，τ
y
表示屈服应力，Q表示泥石流流量，B表示泥石流沟道宽度，γ
m
表示泥石流重度。
[0043]优选地，所述根据所述流动剪切力、所述法向剪应力和所述切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数，包括：
[0044]采用公式：
[0045][0046][0047][0048]确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；其中，K
t
表示顶层土体安全系数，K
b
表示底层土体稳定性安全系数，c表示土体黏聚力，Δσ表示法向应力增量，Δp表示沟床孔隙水压力增量，τ
d
表示流动剪切力，Δτ表示切向剪应力增量，表示土体内摩擦角，σ
bot
表示沟床基质法向应力，p
bot
表示总孔隙水压力，R2表示两侧岩土体因侧向水平应力而产生的抗剪强度，K0为侧压力系数，τ
bot
表示沟床基质切向剪应力。
[0049]优选地，所述冲刷模型为：
[0050][0051]其中，Δh表示侵蚀深度。
[0052]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0053]本专利技术提供的一种泥石流冲刷模型建立方法与系统的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术考虑了沟床物质在因流动剪应力和自重静压带来的应力增加，能够更加准确的反应泥石流的侵蚀深度，为防治工程基础埋深的设计提供了依据。
附图说明
[0054]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥石流冲刷模型建立方法，其特征在于，包括：根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速；根据所述泥石流流速确定泥石流对沟床表面的流动剪切力；根据所述流动剪切力、所述法向剪应力和所述切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；当顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数在预设范围内时，使用冲刷模型确定泥石流侵蚀深度。2.根据权利要求1所述的一种泥石流冲刷模型建立方法，其特征在于，所述根据沟床饱和基质深度、泥石流流深和沟床坡度确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力，包括：采用公式：确定沟床堆积物的法向剪应力和切向剪应力；其中，σ表示法向剪应力，τ表示切向剪应力，γ
w
表示水体重度，γ
s
为沟床基质饱和重度，H为泥石流流深，θ为沟床坡度，h为沟床饱和基质深度。3.根据权利要求2所述的一种泥石流冲刷模型建立方法，其特征在于，所述根据孔隙水压力和屈服应力确定泥石流流速，包括：采用公式：确定泥石流流速；其中，η表示黏滞系数，v
m
表示流速，τ
y
表示屈服应力，Q表示泥石流流量，B表示泥石流沟道宽度，γ
m
表示泥石流重度。4.根据权利要求3所述的一种泥石流冲刷模型建立方法，其特征在于，所述根据所述流动剪切力、所述法向剪应力和所述切向剪应力确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数，包括：采用公式：采用公式：采用公式：确定顶层土体安全系数和底层土体稳定性安全系数；其中，K
t
表示顶层土体安全系数，K
b
表示底层土体稳定性安全系数，c表示土体黏聚力，Δσ表示法向应力增量，Δp表示沟床孔隙水压力增量，τ
d
表示流动剪切力，Δτ表示切向剪应力增量，表示土体内摩擦角，σ
bot
表示沟床基质法向应力，p
bot
表示总孔隙水压力，R2表示两侧岩土体因侧向水平应力而产生的抗剪强度，K0为侧压力系数，τ
bot
表示沟床基质切向剪应力。
5.根据权利要求4所述的一种泥石流冲刷模型建立方法，其特征在于，所述冲刷模型为：其中，Δh表示侵蚀深度。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有林，赵中强，曹钧恒，包健，许晓霞，赵悦，张盼，梁海，赵志祥，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：