CN106245573B - 一种粘性泥石流弯道超高计算方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘性泥石流弯道超高计算方法，属于泥石流防治工程技术领域，其特征在于，包括以下步骤：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，根据式1计算确定系数c，现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m。本发明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，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。

Description

一种粘性泥石流弯道超高计算方法及应用
技术领域
本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及一种粘性泥石流弯道超高计算方法及应用。
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重要的数据参考，影响泥石流防治效果。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种粘性泥石流弯道超高计算方法及应用，本发明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，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：
一种粘性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；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m；
c、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
d、根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6；
e、现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
本发明，适用于粘性泥石流在不同速度情况下的弯道超高计算。
本发明，适用于同一粘性泥石流在同一弯道不同速度情况下弯道超高计算。
本发明，适用于泥石流危险区域划分。
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。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，通过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，根据式1计算确定系数c；再通过现场测量获取泥石流平均流速V，泥石流弯道宽度B，将式1计算确定得到的系数c代入ΔH＝cBV1.6中，就能够得到将来发生的泥石流弯道超高值ΔH，其中，泥石流弯道超高值ΔH与泥石流平均流速V成1.6次方关系，而不是2次方关系，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ΔH更准确，进而能够为泥石流防御措施提供更好的理论数据参考，从而有效防止人员伤亡和财产损失，极大的提高了防灾适用性。
二、本发明，适用于粘性泥石流在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，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。
三、本发明，适用于同一粘性泥石流在同一弯道不同速度情况下弯道超高计算，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，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。
四、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，一方面不扩大泥石流危险范围，造成土地和防治工程的浪费；另一方面也不低估危险范围，造成人员伤亡和财产损失。
五、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。
具体实施方式
实施例1
一种粘性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；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m；
c、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
d、根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6；
e、现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
通过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，根据式1计算确定系数c；再通过现场测量获取泥石流平均流速V，泥石流弯道宽度B，将式1计算确定得到的系数c代入ΔH＝cBV1.6中，就能够得到将来发生的泥石流弯道超高值ΔH，其中，泥石流弯道超高值ΔH与泥石流平均流速V成1.6次方关系，而不是2次方关系，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ΔH更准确，进而能够为泥石流防御措施提供更好的理论数据参考，从而有效防止人员伤亡和财产损失，极大的提高了防灾适用性。
实施例2
一种粘性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；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m；
c、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
d、根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6；
e、现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
本发明，适用于粘性泥石流在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，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3
一种粘性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；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m；
c、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
d、根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6；
e、现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
本发明，适用于同一粘性泥石流在同一弯道不同速度情况下弯道超高计算。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，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4
一种粘性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；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m；
c、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
d、根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6；
e、现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
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，一方面不扩大泥石流危险范围，造成土地和防治工程的浪费；另一方面也不低估危险范围，造成人员伤亡和财产损失。
实施例5
一种粘性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；
b、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m；
c、获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m；
d、根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6；
e、现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将步骤d中得到的系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m；
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
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。
采用本发明泥石流弯道超高计算方法对四川甘孜州巴塘通戈顶沟进行验证。
国道318线川藏公路海子山至竹巴笼段通戈顶沟是川藏公路四川境内典型的泥石流沟。它位于金沙江畔干热河谷，沟长5.5km，流域面积为5.625km2，流域海拔介于2507-4800m。通戈顶沟所在的形成区发育有大量的风化和崩解的松散堆积物，通戈顶沟自1989年4月地震以来，滑坡便不断发生，九十年代中期便开始暴发泥石流。1998年8月28-30日暴雨后，30日暴发百年一遇的特大规模泥石流。该年泥石流弯道宽度B0为6.6m，泥石流弯道超高值ΔH0为1.39m，泥石流平均流速V0为6.01m/s(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，四川大学学报，工程科学版，2009，41(3)：165-171)。根据式1计算确定系数c为0.012(s/m)1.6，再将系数c代入式2计算得到通戈顶沟此弯道以后发生同种泥石流其泥石流弯道超高值为ΔH＝0.012BV1.6。
在对通戈顶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不同规模泥石流。如通戈顶沟20年一遇泥石流时，其泥石流平均流速V0＝2.5m/s，此时的泥石流弯道超高值ΔH0为0.34m。这个超高值小于目前的沟道所能承受的超高值，可以不考虑因为弯道超高造成的泥石流危险范围扩大，不会危及到当地居民住所，不会带来重大人员伤亡与财产损失。
可见本发明可以得到更准确的泥石流弯道超高值，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，也不扩大泥石流危险范围，能够有效节约土地和防治工程成本；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 (5)

1.一种粘性泥石流弯道超高计算方法，包括获取泥石流发生地往年的泥石流平均流速V0，单位m/s，获取泥石流发生地往年的泥石流弯道宽度B0，单位m，其特征在于：还包括获取泥石流发生地往年的泥石流弯道超高值ΔH0，单位m，根据式1计算确定系数c，单位(s/m)1.6，
(式1)，
现场测量获取泥石流平均流速V，单位m/s，泥石流弯道宽度B，单位m；将系数c代入式2确定泥石流弯道超高值ΔH，单位m，
ΔH＝cBV1.6 (式2)。
2.根据权利要求1所述的一种粘性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速度情况下的弯道超高计算。
3.根据权利要求2所述的一种粘性泥石流弯道超高计算方法的应用，其特征在于：适用于同一粘性泥石流在同一弯道不同速度情况下弯道超高计算。
4.根据权利要求1所述的一种粘性泥石流弯道超高计算方法的应用，其特征在于：适用于泥石流危险区域划分。
5.根据权利要求1所述的一种粘性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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