CN106192865B - 一种泥石流弯道超高计算方法及其应用 - Google Patents
一种泥石流弯道超高计算方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种泥石流弯道超高计算方法，属于泥石流防治工程技术领域，包括以下步骤：a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0；b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0；c、根据式1计算无量纲系数c；d、现场测量泥石流平均表面流速V；泥石流弯道曲率半径R；泥石流弯道宽度B；e、根据式2计算泥石流弯道超高值ΔH。本发明遵循量纲和谐原理，得到的泥石流弯道超高值更准确，能为泥石流防御措施提供更好的理论数据，进而能有效防止人员伤亡和财产损失，对泥石流减灾具有更高的防灾适用性，提高了泥石流的防治效果。
Description
技术领域
本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及一种泥石流弯道超高计算方法及其应用。
背景技术
泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。通常泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。
在泥石流运动过程中，由于泥石流速度较快，惯性大，因此在弯道凹处有比水流更加显著的弯道超高现象。泥石流在弯道处运动时，由于凹岸流速较凸岸大，导致凹岸的泥深较凸岸的深，结果形成一种超高现象。当弯道沟岸有足够的超高时，泥石流可能会有强烈的冲刷作用或强烈淤埋作用，破坏弯道上的防护建筑物及弯道附近的建筑物。
泥石流弯道超高数值是泥石流防治工程和相关道路桥梁工程设计所需要的重要参数，故国内外不少学者对它均有研究，其计算模型也较多。但大多没有考虑到泥石流流速和弯道曲率半径对泥石流弯道超高的影响，与实际应用数据出入较大，数据参考准确性低，影响泥石流防治工程的防治效果。
公开号为CN 104652370A，公开日为2015年05月27日的中国专利文献公开了一种偏心荷载作用下泥石流拦挡坝设计的优化方法，该方法利用室内试验和野外调查相结合的方法确定泥石流重度γc，根据泥石流拦挡坝的设防标准计算拟建拦挡坝断面泥石流洪峰流量Qc和过流断面A，由弯道形态确定拟建拦挡坝所在区域沟谷的曲率半径R，根据泥石流在流经弯道处角速度ω相等和设防泥石流峰值流量Qc计算断面上的流速横向分布，得到泥石流在流经拟建拦挡坝上的冲击力σ、弯道超高Δh，根据泥石流运动特征和参数、地基条件、技术性确定拦挡坝设计方案。
该专利文献公开的偏心荷载作用下泥石流拦挡坝设计的优化方法，通过泥石流在流经弯道处角速度ω相等和设防泥石流峰值流量Qc计算断面上的流速横向分布，实质是假定近似的采用断面平均流速来替代纵向流速，与实际并不相符，得到泥石流的弯道超高值不准确，不能有效的为泥石流拦挡坝设计提供科学的数据参考，影响泥石流防治工程的防治效果。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种泥石流弯道超高计算方法及其应用，本发明遵循量纲和谐原理，得到的泥石流弯道超高值更准确，能够为泥石流防御措施提供更好的理论数据参考，进而能够有效防止人员伤亡和财产损失，对于泥石流减灾具有更高的防灾适用性，极大的提高了泥石流的防治效果。
本发明通过下述技术方案实现：
一种泥石流弯道超高计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0，单位m；
c、根据式1计算确定无量纲系数c；
c＝ΔH0/B0(V0 2/R0g)0.8 (式1)；
式1中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
d、现场测量获取泥石流平均表面流速V，单位m/s；泥石流弯道曲率半径R，单位m；泥石流弯道宽度B，单位m；
e、根据式2计算得到泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cB(V2/Rg)0.8 (式2)；
式2中g是重力加速度，g＝9.8m/s2。
本发明，适用于粘性泥石流。
本发明，适用于粘性泥石流在不同曲率半径和不同速度情况下的弯道超高计算。
本发明，适用于道路桥梁工程建设。
本发明的原理如下：
泥石流的弯道超高常常造成泥石流治理工程失效，或泥石流冲出沟道造成危害。弯道超高的计算对泥石流的危险性评估和泥石流防治工程都非常重要。泥石流运动速度对弯道超高影响很大：泥石流运动速度越大，泥石流动能越大，在弯道处的超高越大。泥石流运动的弯道宽度对弯道超高影响很大：泥石流运动的弯道宽度越大，弯道断面超高的积累越多，在弯道断面的超高越大。
泥石流运动的弯道曲率半径对弯道超高影响很大：泥石流运动的弯道曲率半径越小，维持弯道运动的向心力越大，需要在弯道处的超高越多，在弯道处的超高越大；反之，超高约小，极端的例子就是当曲率半径为无穷大时，即没有弯道时，弯道超高为零。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，通过现场测量获取泥石流平均表面流速V，泥石流弯道曲率半径R，泥石流弯道宽度B，将式1计算确定得到的无量纲系数c代入到ΔH＝cB(V2/Rg)0.8中，就能够算出将来泥石流弯道超高值ΔH；整个技术方案对于泥石流弯道超高的计算，遵循了量纲和谐这一基本原理，因此适用于野外大尺度的实际计算，本方法计算得到的泥石流弯道超高值与泥石流平均流速V成1.6次方关系，而不是与泥石流平均流速V成2次方关系，与泥石流沟弯道曲率半径R成负0.8次方关系，而不是倒数关系，这避免了理论推导公式的简化引起的误差，得到的泥石流弯道超高值更准确。从而根据泥石流弯道超高值大小来设计防御措施具有更好的理论数据参考，可以有效防止人员伤亡和财产损失，对于泥石流减灾具有更高的防灾适用性，极大的提高了泥石流的防治效果。
二、本发明，适用于粘性泥石流，粘性泥石流的弯道超高比水和稀性泥石流都大，可以准确地计算出粘性泥石流的弯道超高值，为泥石流评估和泥石流防治提供准确的依据。
三、本发明，适用于粘性泥石流在不同曲率半径和不同速度情况下的弯道超高计算，在同一粘性泥石流的情况下，在不同的弯道处，可以准确地计算出弯道超高，为泥石流评估和泥石流防治提供可靠的依据。
四、本发明，适用于道路桥梁工程建设，通过准确计算泥石流弯道超高值，能够为道路桥梁工程提供重要数据参考，既保障了泥石流防治效果，又能够在一定程度上节省工程材料，降低工程造价。
五、本发明，适用于泥石流危险区域划分，通过准确计算泥石流弯道超高值，能够为泥石流的危险范围划分提供重要数据参考，保障泥石流危险划分的准确性。
具体实施方式
实施例1
一种泥石流弯道超高计算方法，包括以下步骤：
a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0，单位m；
c、根据式1计算确定无量纲系数c；
c＝ΔH0/B0(V0 2/R0g)0.8 (式1)；
式1中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
d、现场测量获取泥石流平均表面流速V，单位m/s；泥石流弯道曲率半径R，单位m；泥石流弯道宽度B，单位m；
e、根据式2计算得到泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cB(V2/Rg)0.8 (式2)；
式2中g是重力加速度，g＝9.8m/s2。
通过现场测量获取泥石流平均表面流速V，泥石流弯道曲率半径R，泥石流弯道宽度B，将式1得到的无量纲系数c代入到ΔH＝cB(V2/Rg)0.8中，就能够算出将来泥石流弯道超高值ΔH；整个技术方案对于泥石流弯道超高的计算，遵循了量纲和谐这一基本原理，因此适用于野外大尺度的实际计算，本方法计算得到的泥石流弯道超高值与泥石流平均流速V成1.6次方关系，而不是与泥石流平均流速V成2次方关系，与泥石流沟弯道曲率半径R成负0.8次方关系，而不是倒数关系，这避免了理论推导公式的简化引起的误差，得到的泥石流弯道超高值更准确。从而根据泥石流弯道超高值大小来设计防御措施具有更好的理论数据参考，可以有效防止人员伤亡和财产损失，对于泥石流减灾具有更高的防灾适用性，极大的提高了泥石流的防治效果。
实施例2
一种泥石流弯道超高计算方法，包括以下步骤：
a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0，单位m；
c、根据式1计算确定无量纲系数c；
c＝ΔH0/B0(V0 2/R0g)0.8 (式1)；
式1中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
d、现场测量获取泥石流平均表面流速V，单位m/s；泥石流弯道曲率半径R，单位m；泥石流弯道宽度B，单位m；
e、根据式2计算得到泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cB(V2/Rg)0.8 (式2)；
式2中g是重力加速度，g＝9.8m/s2。
本发明，适用于粘性泥石流。
粘性泥石流的弯道超高比水和稀性泥石流都大，可以准确地计算出粘性泥石流的弯道超高值，为泥石流评估和泥石流防治提供准确的依据。
实施例3
一种泥石流弯道超高计算方法，包括以下步骤：
a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0，单位m；
c、根据式1计算确定无量纲系数c；
c＝ΔH0/B0(V0 2/R0g)0.8 (式1)；
式1中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
d、现场测量获取泥石流平均表面流速V，单位m/s；泥石流弯道曲率半径R，单位m；泥石流弯道宽度B，单位m；
e、根据式2计算得到泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cB(V2/Rg)0.8 (式2)；
式2中g是重力加速度，g＝9.8m/s2。
本发明，适用于粘性泥石流在不同曲率半径和不同速度情况下的弯道超高计算。
在同一粘性泥石流的情况下，在不同的弯道处，可以准确地计算出弯道超高，为泥石流评估和泥石流防治提供可靠的依据。
实施例4
一种泥石流弯道超高计算方法，包括以下步骤：
a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0，单位m；
c、根据式1计算确定无量纲系数c；
c＝ΔH0/B0(V0 2/R0g)0.8 (式1)；
式1中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
d、现场测量获取泥石流平均表面流速V，单位m/s；泥石流弯道曲率半径R，单位m；泥石流弯道宽度B，单位m；
e、根据式2计算得到泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cB(V2/Rg)0.8 (式2)；
式2中g是重力加速度，g＝9.8m/s2。
本发明，适用于道路桥梁工程建设。
适用于道路桥梁工程建设，通过准确计算泥石流弯道超高值，能够为道路桥梁工程提供重要数据参考，既保障了泥石流防治效果，又能够在一定程度上节省工程材料，降低工程造价。
泥石流的弯道超高常常造成泥石流治理工程失效，或泥石流冲出沟道造成危害。弯道超高的计算对泥石流的危险性评估和泥石流防治工程都非常重要。泥石流运动速度对弯道超高影响很大：泥石流运动速度越大，泥石流动能越大，在弯道处的超高越大。泥石流运动的弯道宽度对弯道超高影响很大：泥石流运动的弯道宽度越大，弯道断面超高的积累越多，在弯道断面的超高越大。
泥石流运动的弯道曲率半径对弯道超高影响很大：泥石流运动的弯道曲率半径越小，维持弯道运动的向心力越大，需要在弯道处的超高越多，在弯道处的超高越大；反之，超高约小，极端的例子就是当曲率半径为无穷大时，即没有弯道时，弯道超高为零。
采用本发明对大渡河支流田湾河进行检测：
田湾河支流中堡沟于2012年8月14日爆发泥石流，3间房屋损毁。2013年7月14日再次爆发泥石流，规模较小，无伤亡。2014年7月9日爆发泥石流，因泥石流爆发前十天修建排导槽，危害较小。
经现场检测，排导槽内堆积物主要为2014年7月9日泥石流爆发所留。经现场测量，该年泥石流弯道宽度B0为22.5米，泥石流弯道曲率半径R0为23米，泥石流弯道超高值ΔH0为3.6米。
现场调查得到该年泥石流平均表面流速V0为4.3m/s，根据式1计算确定无量纲系数c为1.24，所以田湾河支流中堡沟此弯道及其他弯道以后发生同种泥石流弯道超高值为ΔH＝1.24B(V2/Rg)0.8。
在对田湾河支流中堡沟泥石流危险性评价及泥石流危险范围评估时，需要评估将来可能发生的更大规模泥石流。如田湾河支流中堡沟50年一遇泥石流时，其泥石流平均表面流速V0＝5.6m/s，此时的泥石流弯道超高值为5.75m。这个泥石流弯道超高值远大于目前的排导槽所能承受的超高值，排导工程部分失效，泥石流危险范围将扩大到当地居民住所，如不采取进一步防治措施，将会带来重大人员伤亡与财产损失。
可见本发明可以得到泥石流更准确的弯道超高值，能够为泥石流防御措施提供更好的理论数据参考，进而能够有效防止人员伤亡和财产损失，对于泥石流减灾具有更高的防灾适用性，极大的提高了泥石流的防治效果。
Claims (3)
1.一种泥石流弯道超高计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道曲率半径R0，单位m；
c、根据式1计算确定无量纲系数c；
c＝ΔH0/B0(V0 2/R0g)0.8 (式1)；
式1中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
d、现场测量获取泥石流平均表面流速V，单位m/s；泥石流弯道曲率半径R，单位m；泥石流弯道宽度B，单位m；
e、根据式2计算得到泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cB(V2/Rg)0.8 (式2)；
式2中g是重力加速度，g＝9.8m/s2；
所述泥石流为粘性泥石流。
2.根据权利要求1所述的一种泥石流弯道超高计算方法的应用，其特征在于：适用于粘性泥石流在不同曲率半径和不同速度情况下的弯道超高计算。
3.根据权利要求1所述的一种泥石流弯道超高计算方法的应用，其特征在于：适用于道路桥梁工程建设。
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| 泥石流弯道超高与流速计算关系的研究-以巴塘通戈顶沟地震次生泥石流为例;陈宁生;《四川大学学报(工程科学版)》;20090530;全文 * |
| 考虑爬高效应的泥石流弯道超高公式;赵晋恒等;《水利学报》;20150228(第2期);全文 * |
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