本發(fā)明涉及一種泥石流防治技術(shù)，特別是涉及一種用于防治漂木泥石流的單切口壩切口寬度設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)中高海拔山區(qū)，植被覆蓋率高，由于近年來火災(zāi)、地震、滑坡等因素使得大量的樹木枝干散落在泥石流形成區(qū)或者廣大林區(qū)，當(dāng)發(fā)生泥石流時(shí)，這些樹木進(jìn)入泥石流中形成漂木，隨泥石流傾斜而出，形成漂木泥石流，這些漂木具有很強(qiáng)的沖擊破壞力，容易造成更嚴(yán)重的災(zāi)害和損失。

在泥石流的防治工程中，單切口壩是一種新型壩體，其壩體中間有一條切口且對(duì)分壩身，兼具實(shí)體壩和透過性壩的特點(diǎn)。切口壩作為一種重要的透過型壩兼具攔、排的功能，能夠有效調(diào)節(jié)泥石流流量和控制泥石流中塊石粒徑，降低下游遭受泥石流危害程度，同時(shí)能夠延長(zhǎng)工程的年限，比實(shí)體壩具有更有效的防治效果。

利用單切口壩防治漂木泥石流時(shí)，漂木在運(yùn)動(dòng)過程中可能堵塞切口形成不穩(wěn)定堵塞體，導(dǎo)致后續(xù)泥石流淤積，當(dāng)淤積到一定程度后，在靜水壓力、后續(xù)泥石流的沖擊作用下，漂木堵塞體突然潰決，流量瞬間增大，形成更大規(guī)模的泥石流，使泥石流的沖擊破壞能力進(jìn)一步增強(qiáng)，造成嚴(yán)重的次生災(zāi)害，這種現(xiàn)象叫做漂木對(duì)切口壩的堵潰效應(yīng)，即先臨時(shí)堵塞，后失穩(wěn)潰決。因此，在采用單切口壩防治漂木泥石流時(shí)，切口寬度的設(shè)計(jì)至關(guān)重要；如果切口寬度設(shè)計(jì)過大，就不能有效發(fā)揮單切口壩攔的功能；如果設(shè)計(jì)過小，又不能有效發(fā)揮單切口壩排的功能，容易導(dǎo)致漂木對(duì)切口的堵潰，進(jìn)而使單切口壩喪失對(duì)泥石流的防治效果。然而目前，在設(shè)計(jì)單切口壩的切口寬度時(shí)多以設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，沒有考慮漂木對(duì)單切口壩的堵潰效應(yīng)、以及堵潰對(duì)泥石流流量所產(chǎn)生的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于防治漂木泥石流的單切口壩切口寬度設(shè)計(jì)方法，該方法充分考慮了漂木對(duì)單切口壩的堵潰效應(yīng)，綜合考慮了漂木對(duì)切口堵潰、切口寬度、漂木平均長(zhǎng)度、漂木平均直徑、漂木總量、泥石流總量、以及固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比七者之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上結(jié)合堵潰判別指標(biāo)(即堵潰系數(shù))，能夠合理確定不同漂木泥石流情況下的單切口壩切口寬度，且設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)便有效。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提出一種用于防治漂木泥石流的單切口壩切口寬度設(shè)計(jì)方法，所述單切口壩包括壩體基礎(chǔ)和設(shè)于壩體基礎(chǔ)上的壩身主體，壩身主體上開有一條沿泥石流流向、將壩身主體對(duì)分的切口(即切口將壩身主體一分為二、且左右對(duì)稱，切口即為對(duì)稱軸，對(duì)稱軸位于泥石流流向上)，所述切口的寬度設(shè)計(jì)方法步驟如下：

(一)通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確定漂木泥石流中的漂木平均長(zhǎng)度l和漂木平均直徑d、單位m。通過經(jīng)驗(yàn)公式，確定固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比cv；經(jīng)驗(yàn)公式為cv＝(γc-γw)/(γs-γw)，式中，γc為泥石流容重、單位kn/m³、通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定，γw為泥石流中水的容重、取值10.0kn/m³，γs為泥石流中土體的實(shí)體容重、通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定、一般取值為26.0kn/m³-28.0kn/m³。根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(dz/t0239-2004)，通過經(jīng)驗(yàn)公式，確定泥石流總量v2、單位m³；經(jīng)驗(yàn)公式可以是v2＝19tqc/72，式中，t為泥石流歷時(shí)、單位s、通過調(diào)查訪問確定，qc為泥石流峰值流量、單位m³/s、通過雨洪法或形態(tài)調(diào)查法確定。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查或經(jīng)驗(yàn)公式，確定漂木總量v1、單位m³；經(jīng)驗(yàn)公式可以是v1＝β·vsed，式中，β為相關(guān)系數(shù)、取值0.2-0.3，vsed為泥石流固體物源總量、單位m³、通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定。

(二)通過以下公式確定單切口壩的切口寬度b

式中，b-切口寬度，單位m；

l-漂木平均長(zhǎng)度，單位m，由步驟(一)確定；

r-堵潰系數(shù)，取值小于等于1.9(即0＜r≤1.9)；r的最優(yōu)取值為1.9；

cv-固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比，由步驟(一)確定；

v1-漂木總量，單位m³，由步驟(一)確定；

v2-泥石流總量，單位m³，由步驟(一)確定；

d-漂木平均直徑，單位m，由步驟(一)確定。

上述切口寬度設(shè)計(jì)方法的技術(shù)原理在于：漂木對(duì)單切口壩的堵潰類型是切口壩攔截漂木泥石流的直接表現(xiàn)，可直接影響泥石流峰值流量的大小。所述堵潰類型包括堵潰和不堵潰，以堵潰系數(shù)r作為堵潰判別指標(biāo)。根據(jù)野外實(shí)際工程的運(yùn)行情況調(diào)查結(jié)果和相應(yīng)的室內(nèi)模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來確定堵潰判別指標(biāo)的區(qū)間劃分；當(dāng)0＜r≤1.9時(shí)，漂木對(duì)泥石流流量基本沒有影響，堵潰類型為不堵潰；當(dāng)r＞1.9時(shí)，堵潰類型為堵潰，漂木會(huì)對(duì)泥石流流量發(fā)生流量放大效應(yīng)，對(duì)下游設(shè)施有影響，r值越大，堵潰越明顯。漂木對(duì)切口壩的堵潰過程是一個(gè)受多因素綜合影響的復(fù)雜過程，其中較為重要的影響因素為泥石流參數(shù)、漂木尺寸、漂木總體積、切口寬度等。本發(fā)明方法綜合考慮切口寬度b、漂木平均長(zhǎng)度l、漂木平均直徑d、漂木總量v1、泥石流總量v2、固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比cv六個(gè)主要因素對(duì)漂木堵潰的影響，通過六個(gè)因素的函數(shù)關(guān)系來確定堵潰判別指標(biāo)r(即堵潰系數(shù))；然后將該函數(shù)關(guān)系變形得到切口寬度的計(jì)算公式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：充分考慮切口寬度、漂木平均長(zhǎng)度、漂木平均直徑、漂木總量、泥石流總量、固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比、以及漂木對(duì)切口堵潰之間的關(guān)系，根據(jù)實(shí)際工程調(diào)查結(jié)果和相應(yīng)室內(nèi)模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定堵潰判別指標(biāo)的區(qū)間劃分，得到切口寬度的計(jì)算公式，能夠合理確定不同漂木泥石流情況下的單切口壩切口寬度，進(jìn)而防止因漂木的堵潰產(chǎn)生二次災(zāi)害，且設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)便有效，所需參數(shù)易于獲取。

附圖說明

圖1是單切口壩的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)如下：

1壩體基礎(chǔ)2壩身主體

3切口

b切口寬度

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例一

如圖1所示。瀘定某泥石流溝，近幾年活動(dòng)頻繁，下游為大渡河流域，溝道上游植被覆蓋率較高。流域面積3.9km²，主溝長(zhǎng)度2.13km，平均縱比降190‰，在調(diào)查泥石流溝時(shí)發(fā)現(xiàn)溝道上游和泥石流流通區(qū)含有大量的漂木，且漂木尺寸較大，可能會(huì)對(duì)防治工程造成嚴(yán)重堵潰效應(yīng)，造成泥石流流量瞬間增大，堵塞大渡河。

為有效治理漂木泥石流，使得泥石流溝道中的物源順利排入大渡河而不發(fā)生堵河現(xiàn)象，減輕泥石流危害，保護(hù)大渡河下游基礎(chǔ)設(shè)施和居民生命財(cái)產(chǎn)安全，擬在泥石流中游修建一座單切口壩。所述單切口壩包括壩體基礎(chǔ)1和設(shè)于壩體基礎(chǔ)1上的壩身主體2，壩身主體2上開有一條沿泥石流流向、將壩身主體2對(duì)分的切口3。所述切口3的寬度設(shè)計(jì)方法步驟如下：

第一步，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確定漂木平均長(zhǎng)度l為3.4m、漂木平均直徑d為0.2m。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)p＝5％(20年一遇)下泥石流容重γc為19.0kn/m³，泥石流中土體的實(shí)體容重γs為26.2kn/m³；通過經(jīng)驗(yàn)公式，確定固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比cv＝(γc-γw)/(γs-γw)＝(19.0-10.0)/(26.2-10.0)＝0.56。

通過調(diào)查訪問確定泥石流歷時(shí)t為10800s；通過形態(tài)調(diào)查法確定泥石流峰值流量qc為18.9m³/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，確定泥石流總量v2＝19tqc/72＝19×10800×18.9/72＝5.4×10⁴m³。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定泥石流固體物源總量vsed為4.3×10⁴m³，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定漂木總量v1＝β·vsed；＝0.2×4.3×10⁴＝0.86×10⁴m³。

第二步，將第一步中確定的相關(guān)參數(shù)代入以下公式，確定單切口壩的切口3寬度

實(shí)施例二

如圖1所示。西藏某泥石流溝，是一條活動(dòng)頻繁且規(guī)模相對(duì)較大的泥石流溝。溝道上游植被覆蓋率高達(dá)90％，該溝流域面積約4.50km²，主溝長(zhǎng)度2.70km，平均縱比降270‰。在對(duì)該溝進(jìn)行泥石流調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于人為濫砍濫伐以及自然因素等原因，溝道中上游散落有大量的樹木，且漂木尺寸較大?？紤]到大量的漂木可能會(huì)對(duì)下游的防治工程發(fā)生堵潰現(xiàn)象，影響溝道下游基礎(chǔ)設(shè)施安全。

為有效治理該溝漂木泥石流，防止因漂木堵潰造成泥石流流量增大導(dǎo)致的下游設(shè)施損失這一潛在威脅，擬在泥石流溝中游修建一座單切口壩。所述單切口壩包括壩體基礎(chǔ)1和設(shè)于壩體基礎(chǔ)1上的壩身主體2，壩身主體2上開有一條沿泥石流流向、將壩身主體2對(duì)分的切口3。所述切口3的寬度設(shè)計(jì)方法步驟如下：

第一步，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確定漂木平均長(zhǎng)度l為2.5m、漂木平均直徑d為0.15m。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)p＝5％(20年一遇)下泥石流容重γc為18.0kn/m³，泥石流中土體的實(shí)體容重γs為26.5kn/m³；通過經(jīng)驗(yàn)公式，確定固體物質(zhì)在泥石流體中所占體積比cv＝(γc-γw)/(γs-γw)＝(18.0-10.0)/(26.5-10.0)＝0.48。

通過調(diào)查訪問確定泥石流歷時(shí)t為12600s；通過雨洪法確定泥石流峰值流量qc為22.3m³/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，確定泥石流總量v2＝19tqc/72＝19×12600×22.3/72＝7.4×10⁴m³。

利用遙感影像，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定漂木總量v1為0.89×10⁴m³。

第二步，將第一步中確定的相關(guān)參數(shù)代入以下公式，確定單切口壩的切口3寬度