一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法技术

本发明专利技术公开了一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，属于泥石流防治工程技术领域，其特征在于，包括以下步骤：S 1、建立堰塞体在漫顶冲刷时的受力模型；S2、计算坡面流体对堰塞体沿坡面向下的启动应力τ；S3、计算堰塞体对坡面流体沿坡面向上的抵抗应力τ

【技术实现步骤摘要】
一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法


[0001]本专利技术涉及到泥石流防治工程
，尤其涉及一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法。

技术介绍

[0002]当泥石流沟道中含有一个或多个堰塞体，在强降雨及上游汇流作用下极易失稳形成溃决型泥石流，并引发流量放大效应，造成的风险损失远高于一般的泥石流灾害。
[0003]沟道中的堰塞体失稳直接导致了溃决型泥石流的流量放大。若能预测泥石流沟道中天然堰塞体上游流体和降雨侵蚀的作用下失稳溃决，就能更合理的计算溃决型泥石流的流速以及流量特征参数。因此对泥石流沟道中堰塞体的稳定性和动力学特征进行研究，为溃决型泥石流灾害的防治提供技术支持，具有重要理论价值和现实意义。
[0004]公开号为CN112418697A，公开日为2021年02月26日的中国专利文献公开了一种堰塞湖稳定性评价方法，其特征在于：所述堰塞湖稳定性评价方法包括以下步骤：
[0005]S1：先采用无量纲堆积体指数法DBI进行堰塞体稳定性初步评判；
[0006]S2：针对步骤S1中得到的结果进行分析：DBI＜2.75，则堰塞体稳定；DBI＞3.08，则堰塞体不稳定；2.75＜DBI＜3.08，则堰塞体介于稳定与不稳定之间；
[0007]S3：评价堰塞体的稳定性要结合地质条件，合理选取堰塞体物质的物理力学指标和渗流场参数；
[0008]S4：可以采用基于极限平衡理论体系的简化毕肖普法，用简化毕肖谱法计算时考虑了土条间的作用力，可得到堰塞体的稳定性评价结论；
[0009]S5：对堰塞湖进行严密监测，根据专业人员的意见对堰塞湖的威胁进行正确科学的评价，及时对下游人民群众进行疏散；
[0010]S6：然后，对于高危堰塞湖进行疏导和分流，一般是用炸药和人工挖开个小口，疏导水流。
[0011]该专利文献公开的堰塞湖稳定性评价方法，用简化毕肖谱法计算时考虑了土条间的作用力，可得到堰塞体的稳定性评价结论；采用无量纲堆积体指数法DBI进行堰塞体稳定性初步评判，使得在后续的判断过程中，有了一个可以参考的初步依据，从而简化了操作步骤，减轻了工作人员的劳动负担。但是，由于没有考虑堰塞体在降雨及汇流作用下的启动破坏的动力学特征，因此准确度较低，普适性较差。

技术实现思路

[0012]本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，本专利技术考虑了泥石流沟道内形成的天然堰塞体在降雨及汇流作用下的启动破坏的动力学特征，选择坡表颗粒进行力学平衡分析，提高了计算准确度，能够为溃决型泥石流灾害的危险性评估及防治提供更合理准确的依据，具有良好的普适性。
[0013]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0014]一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]S1、获取堰塞体的基本资料，建立堰塞体在漫顶冲刷时的受力模型；
[0016]S2、计算坡面流体对堰塞体沿坡面向下的启动应力τ；
[0017]S3、计算堰塞体对坡面流体沿坡面向上的抵抗应力τ
f
；
[0018]S4、判别堰塞体稳定性，将沿坡面向上的抵抗应力τ
f
与沿坡面向下的启动应力τ的比值定义为稳定性系数Fs，当沿坡面向下的启动应力τ大于沿坡面向上的抵抗应力τf时，判断为堰塞体失稳。
[0019]所述步骤S1中，获取堰塞体的基本资料具体是指通过野外调查获取堰塞体重度γ
s
、堰塞体坡面倾角θ、堰塞体内摩擦角堰塞体颗粒直径d、启动水深h和水的重度γ
w
。
[0020]所述步骤S1中，建立堰塞体在漫顶冲刷时的受力模型具体是指对堰塞体颗粒进行受力分析，建立受力模型，堰塞体颗粒受力包括水下重力G
′
、坡面摩擦力f、流体对堰塞体颗粒的拖拽力F
D
和扬压力F
y
。
[0021]所述步骤S2中，沿坡面向下的启动应力τ通过式1进行计算；
[0022]τ＝F
D
+G
′
sinθ
ꢀꢀ
式1
[0023]式中：
[0024]τ为沿坡面向下的启动应力，kPa；
[0025]F
D
为流体对堰塞体颗粒的拖拽力，kPa；
[0026]G
′
为水下重力，kPa；
[0027]θ为堰塞体坡面倾角，
°
；
[0028]其中，流体对堰塞体颗粒的拖拽力FD通过式2进行计算，水下重力G
′
通过式3进行计算；
[0029][0030][0031]式中：
[0032]C
D
为阻力系数，取0.712，无量纲；
[0033]d为堰塞体颗粒直径，m；
[0034]γ
w
为水的重度，kN/m3；
[0035]v为漫顶流体流速，m/s；
[0036]g为重力加速度，取9.8m/s2；
[0037]γ
s
为堰塞体重度，kN/m3。
[0038]所述步骤S3中，沿坡面向上的抵抗应力τ
f
通过式4进行计算；
[0039]τ
f
＝f+F
y
sinθ
ꢀꢀ
式4
[0040]式中：
[0041]τ
f
为沿坡面向上的抵抗应力，kPa；
[0042]f为坡面摩擦力，kPa；
[0043]F
y
为扬压力，kPa；
[0044]θ为堰塞体坡面倾角，
°
；
[0045]其中，坡面摩擦力f通过式5进行计算，扬压力F
y
通过式6进行计算；
[0046][0047][0048]式中：
[0049]d为堰塞体颗粒直径，m；
[0050]γ
s
为堰塞体重度，kN/m3；
[0051]γ
w
为水的重度，kN/m3；
[0052]θ为堰塞体坡面倾角，
°
；
[0053]为堰塞体内摩擦角，
°
。
[0054]所述步骤S4中，稳定性系数Fs通过式7进行计算；
[0055][0056]式中：
[0057]Fs为稳定性系数；
[0058]τ
f
为沿坡面向上的抵抗应力，kPa；
[0059]τ为沿坡面向下的启动应力，kPa。
[0060]所述漫顶流体流速v采用临界启动流速公式计算获得；
[0061][0062]式中：
[0063]v为漫顶流体流速，m/s；
[0064]F为经验系数，无量纲；当F＝10.01时，为个别泥沙启动；当F＝10.7时，为少量泥沙启动；当F＝11.7时，形成泥石流；
[0065]ε为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取堰塞体的基本资料，建立堰塞体在漫顶冲刷时的受力模型；S2、计算坡面流体对堰塞体沿坡面向下的启动应力τ；S3、计算堰塞体对坡面流体沿坡面向上的抵抗应力τ
f
；S4、判别堰塞体稳定性，将沿坡面向上的抵抗应力τ
f
与沿坡面向下的启动应力τ的比值定义为稳定性系数Fs，当沿坡面向下的启动应力τ大于沿坡面向上的抵抗应力τ
f
时，判断为堰塞体失稳。2.根据权利要求1所述的一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，获取堰塞体的基本资料具体是指通过野外调查获取堰塞体重度γ
s
、堰塞体坡面倾角θ、堰塞体内摩擦角堰塞体颗粒直径d、启动水深h和水的重度γ
w
。3.根据权利要求1所述的一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，建立堰塞体在漫顶冲刷时的受力模型具体是指对堰塞体颗粒进行受力分析，建立受力模型，堰塞体颗粒受力包括水下重力G＇、坡面摩擦力f、流体对堰塞体颗粒的拖拽力F
D
和扬压力F
y
。4.根据权利要求1所述的一种溃决型泥石流堰塞体稳定性计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，沿坡面向下的启动应力τ通过式1进行计算；τ＝F
D
+G
′
sinθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1式中：τ为沿坡面向下的启动应力，kPa；F
D
为流体对堰塞体颗粒的拖拽力，kPa；G＇为水下重力，kPa；θ为堰塞体坡面倾角，
°
；其中，流体对堰塞体颗粒的拖拽力F
D
通过式2进行计算，水下重力G＇通过式3进行计算；通过式3进行计算；式中：C
D
为阻力系数，取0.712，无量纲；d为堰塞体颗粒直径，m；...

【专利技术属性】
技术研发人员：常鸣，朱习松，范宣梅，姚林林，刘本银，
申请(专利权)人：华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，
类型：发明
国别省市：