CN106638454A - 粘性泥石流v型排导槽流速的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粘性泥石流V型排导槽流速的计算方法，适用于V型排导槽结构设计中粘性泥石流的平均流速计算，提高粘性泥石流平均流速计算方法的可靠性，解决V型排导槽中粘性泥石流流速计算值偏大而造成的淤积堵塞问题。所述计算方法根据室内模型试验对V型排导槽粘性泥石流流速的影响因素研究，提出基于不同权重的纵比降Iy和横比降Ix的V型排导槽粘性泥石流平均流速计算方法，避免现阶段Ix、Iy权重相等导致计算值偏大发生泥石流输移能力不够而淤积堵塞的问题，为粘性泥石流V型排导槽的结构设计提供了科学依据。

Description

粘性泥石流V型排导槽流速的计算方法

技术领域

本发明涉及一种山洪泥石流流速的计算方法，特别是涉及一种粘性泥石流在V型排导槽结构中的平均流速计算方法。

背景技术

泥石流V型排导槽于1996年提出，通过V型尖底断面形成三维束流，增大泥石流流速而提高过流能力，起到防淤的作用，在成昆铁路沿线的泥石流治理中发挥了巨大成效。现阶段，粘性泥石流排导槽流速计算尚属空白，主要借鉴以下两个计算公式进行联合求解：

式中，v—泥石流平均流速，m/s；—粘性泥石流糙率系数，根据流体特征、沟床特征和纵坡比降查表确定；H_c—水力半径，m；I_v—排导槽综合比降；I_x—排导槽横比降；I_y—排导槽纵比降，根据成昆及川滇经验值：350‰≥I_v≥200‰，I_x＝1:3～1:10，I_y＝100‰～350‰。

从现阶段的计算方法(公式2)可以看出，横比降I_x和纵比降I_y在排导槽综合比降I_v计算模型中的权重相等，是现阶段V型排导槽流速计算方法存在的主要问题。例如，相同流体特征和水力半径前提下，假设横比降I_x趋于0、纵比降I_y＝0.3与横比降I_x＝0.3、纵比降I_y趋于0两种工况条件，根据公式(2)计算得到相等的排导槽综合比降I_v，并根据公式(1)计算得到相等的泥石流平均流速，然而实际情况是前一种工况条件下泥石流流速远大于后一种，与计算结果差异巨大。因此，横比降I_x在排导槽综合比降I_v计算模型中的权重影响低于纵比降I_y，公式(1和2)的泥石流流速计算值偏高，导致V型排导槽仍存在输移能力不足而发生淤积堵塞的情况。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种粘性泥石流V型排导槽流速的计算方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于不同权重的纵比降I_y和横比降I_x的V型排导槽粘性泥石流平均流速计算方法。

本发明粘性泥石流V型排导槽流速的计算方法，包括：

根据现场实际地形，采用室内试验模型获取排导槽横比降I_x、排导槽纵比降I_y和泥石流水力半径H_c3个计算因子的值；

泥石流平均流速通过下述公式，计算得到：

式中，v—泥石流平均流速，m/s；H_c—泥石流水力半径，m；

I_x—排导槽横比降；I_y—排导槽纵比降。

进一步地，横比降I_x在计算模型中的权重影响低于纵比降I_y。

进一步地，泥石流水力半径H_c的计算方法满足下式：

式中，H_c—泥石流水力半径，m；b—排导槽一半宽度，即槽底至墙身宽度，m；h—排导槽高度，m；I_x—排导槽横比降。

借由上述方案，本发明粘性泥石流在V型排导槽结构中的平均流速计算方法至少具有以下优点：

本发明通过室内模型试验研究分析，确定了影响V型排导槽中粘性泥石流平均流速的3个主要因子，分别是：排导槽横比降、排导槽纵比降和泥石流水力半径，提出基于不同权重的纵比降和横比降的V型排导槽粘性泥石流平均流速计算方法，避免现阶段横纵权重相等导致计算值偏大发生泥石流输移能力不够而淤积堵塞的问题，优化了粘性泥石流V型排导槽结构设计的计算依据。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明V型排导槽断面示意图；

b 排导槽槽底至墙身宽度 h 排导槽高度

Δh 排导槽V型槽底深度 Ix 排导槽横比降。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明粘性泥石流V型排导槽流速的计算方法，通过室内模型试验结果中槽横比降I_x与纵比降I_y对粘性泥石流运动特征的研究分析，确定影响V型排导槽中粘性泥石流平均流速v的3个主要因子，分别是：排导槽横比降I_x、排导槽纵比降I_y和泥石流水力半径H_c。将各因子进行组合并消除量纲，与平均流速进行多元回归方程分析，确定各因子式的权重系数，得到粘性泥石流V型排导槽平均流速v的计算公式：

式中，v—泥石流平均流速，m/s；H_c—泥石流水力半径，m；I_x—排导槽横比降；I_y—排导槽纵比降。

确定粘性泥石流V型排导槽平均流速v计算的参数因子如下：

泥石流水力半径H_c：泥石流过流断面面积A与湿周χ的比值，其中过流断面面积A＝2bh+b²I_X，湿周因此得到：

式中，H_c—泥石流水力半径，m；b—排导槽一半宽度，即槽底至墙身宽度，m；h—排导槽高度，m；I_x—排导槽横比降。

I_x—排导槽横比降，在经验范围I_x＝1:3-1:10内，设计V型排导槽横比降I_x。

I_y—排导槽纵比降，在排导槽结构设计时根据实际沟道地形条件确定。

实施例1

如图1所示。四川地震灾区某泥石流治理排导槽工程，粘性泥石流，拟采用V型排导槽增加排导能力。根据现场实际地形调查，拟建排导槽所在的堆积扇沟道纵比降I_y＝10％；拟定V型排导槽横比降I_x＝0.3；根据堆积扇实际地形的排导条件，确定排导槽高度h＝2.75m和排导槽半宽b＝2.04m。

采用本发明提出的计算方法，首先得到泥石流水力半径H_c＝1.28m，然后将排导槽横比降I_x、排导槽纵比降I_y和泥石流水力半径H_c计算因子值代入流速计算方法中，得到粘性泥石流V型排导槽平均流速v＝3.02m/s。

实施例2

如图1所示。云南小江地区某泥石流治理排导槽工程，粘性泥石流，拟采用V型排导槽增加排导能力。根据现场实际地形调查，拟建排导槽所在的堆积扇沟道纵比降I_y＝12％；拟定V型排导槽横比降I_x＝0.25；根据堆积扇实际地形的排导条件，确定排导槽高度h＝3.00m和排导槽半宽b＝1.50m。

采用本发明提出的计算方法，首先得到泥石流水力半径H_c＝1.05m，然后将排导槽横比降I_x、排导槽纵比降I_y和泥石流水力半径H_c计算因子值代入流速计算方法中，得到粘性泥石流V型排导槽平均流速v＝2.92m/s。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种粘性泥石流V型排导槽流速的计算方法，其特征在于，包括：

根据现场实际地形，采用室内试验模型获取排导槽横比降I_x、排导槽纵比降I_y和泥石流水力半径H_c3个计算因子的值；

泥石流平均流速通过下述公式，计算得到：

$v=118H_c^{2/3}{I}_x^{0.75}{I}_y^{1.27}$

式中，v—泥石流平均流速，m/s；H_c—泥石流水力半径，m；I_x—排导槽横比降；I_y—排导槽纵比降。

2.根据权利要求1所述的V型排导槽粘性泥石流流速计算方法，其特征在于：横比降I_x在计算模型中的权重影响低于纵比降I_y。。

3.根据权利要求2所述的粘性泥石流V型排导槽平均流速的计算方法，其特征在于：泥石流水力半径H_c的计算方法满足下式：

$H_c=A/\mathrm{\χ}=(2bh+b^2{I}_X)/(2b\sqrt{1+I_x^2}+2h)$

式中，H_c—泥石流水力半径，m；b—排导槽一半宽度，即槽底至墙身宽度，m；h—排导槽高度，m；I_x—排导槽横比降。