CN107806065B - 一种阶段束流型泥石流排导槽及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阶段束流型泥石流排导槽及其应用。所述阶段束流型泥石流排导槽包括若干段头尾相连的束流结构体；每一段束流结构体的泥石流入口处的过流断面完全相同，每一段束流结构体的泥石流出口处的过流断面完全相同；束流结构体包括槽底及其两侧的边墙，槽底沿泥石流流向逐渐抬升，两侧边墙沿泥石流流向逐渐向排导槽中心线收窄。所述阶段束流型泥石流排导槽通过束流结构体过流断面上的逐渐束窄及两段束流结构体之间的突扩设计，能够有效增强泥石流紊动，增加泥石流消能率，降低泥石流速度，从而减轻排导槽的磨蚀、冲刷程度，有效保护下游地区泥石流排泄安全，尤其适用于高山区大比降沟道、含有大粒径漂石的泥石流体。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种适用于高山区大比降沟道的阶段束流型泥石流排导槽及其应用。
背景技术
高山区地质构造活跃、地形高差悬殊、气候空间分异明显，极易形成大规模泥石流。由于大规模泥石流具有流速高、惯性高、冲击破坏力强的特点，高速运动的泥石流往往对下游地区居民点和通讯、道路、电力等国家设施构成严重威胁，因此需要具有消能、防冲的泥石流排导槽结构体型，从而保护下游地区人民群众的生命财产安全。
泥石流排导槽是人们长期研究和处置堆积区泥石流的一种智慧结晶。通过多年的泥石流排导槽防治技术研究，目前已经形成了以东川槽、V型槽、交错齿槛槽、以及阶梯-深潭排导槽等为防治主体的多种泥石流排导槽结构体型。
在东川槽结构中，横向肋槛能够拦蓄一定体积的泥石流物质，通过高速运动的泥石流体与横向肋槛前的碎屑物的相互作用，能够消去泥石流体的一部分动能，从而减小泥石流速度，但是由于泥石流容重高、惯性强、粗颗粒含量丰富，所以泥石流对横向齿槛的冲刷磨蚀作用强烈，因此东川槽一般用于沟道纵坡较小的情况。近年来，陈晓清等提出了一种基于梯级防冲刷齿槛群的泥石流排导槽(简称交错槽，CN200910058217.7)，交错槽具有阻流与挑流的作用，能有效控制泥石流排导的洪峰流量，且能很好解决排导槽的淤积难题，减少排淤维护费用，但是高速运动的泥石流直接作用于沟槽内齿槛，齿槛将受到强大的冲击压力，在实际工程应用中需要进行加固处理。赵万玉等针对排导槽中部易遭受泥石流磨蚀破坏的问题，提出了一种扰流消能的全衬砌泥石流排导槽(CN201510366760.9)，即在排导槽中部的底板上设置若干呈梅花型布置的消能墩，能够对泥石流产生扰流作用，在布设梅花型消能墩的区域，泥石流呈“S”型运动流路，改变了泥石流运动轨迹，极大分散了流路也分散了泥石流对槽底的磨蚀，减小了泥石流对槽底的集中冲刷。传统的矩形槽与V型槽，虽然在槽体中没有横向肋槛，槽体的局部结构不容易被泥石流破坏，但是此类排导槽无任何消能措施，无法有效减小泥石流运动过程中的动能，消减泥石流运动速度。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种适用于高山区大比降沟道的阶段束流型泥石流排导槽及其应用，该排导槽能够有效增强泥石流紊动，增加泥石流消能率，降低泥石流速度，从而减轻排导槽的磨蚀、冲刷程度，有效保护下游地区泥石流排泄安全。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明提出一种阶段束流型泥石流排导槽，包括若干段头尾相连的束流结构体(即上游束流结构体的泥石流出口与下游束流结构体的泥石流入口相连)；每一段束流结构体的泥石流入口处的过流断面完全相同(即断面形态完全一致)，每一段束流结构体的泥石流出口处的过流断面完全相同(即断面形态完全一致)；束流结构体包括槽底及其两侧的边墙，槽底沿泥石流流向逐渐抬升(相对于沟道坡降，即槽底纵比降i1小于泥石流沟床纵比降i0，束流结构体的过流断面高度逐渐减小)，两侧边墙沿泥石流流向按一定的收缩速率逐渐向排导槽中心线收窄(即束流结构体的过流断面宽度逐渐减小)，进而在空间上形成过流断面逐渐缩小的束流结构体结构。当泥石流束流到一定程度时，两侧边墙收缩和底部抬升在某一断面(即上游束流结构体的泥石流出口处过流断面)突然终止，过流断面突然恢复到束流结构体的初始断面形态(即下游束流结构体的泥石流入口处过流断面)，即构成边墙突扩、底板突跌的槽体结构，从而整个排导槽呈现阶段性过流断面束窄的槽体结构(即单一束流结构体内过流断面逐渐束窄，两段束流结构体之间过流断面突扩)。该结构在提高排导槽的消能率方面，主要体现在以下几点：1)通过两侧边墙的收缩和槽底的抬升作用迫使泥石流体向排导槽中心汇集，从而增强泥石流内部颗粒与颗粒之间、颗粒与泥石流浆体之间以及泥石流浆体与浆体之间的相互碰撞、挤压、摩擦作用；2)当泥石流通过束窄断面末端后，由于泥石流瞬间失去固壁边界的束缚，泥石流体内部固体颗粒与浆体之间发生相对运动，挤压、摩擦作用增加；3)当泥石流体再次接触固壁边界时，受边墙和底板的约束作用，导致泥石流与固壁边界之间形成强烈的碰撞、摩擦，紊动作用进一步加强，从而提高了排导槽的消能率。
两侧边墙的侧向收缩率j(即束流结构体的泥石流出口处边墙厚度减去束流结构体的泥石流入口处边墙厚度，再除以束流结构体长度L)保持一致，且束流结构体的泥石流出口处净宽度b’大于等于泥石流入口处净宽度b的80％、同时小于泥石流入口处净宽度b。束流结构体的泥石流出口处的跌坎高度m’小于等于排导槽高度H的20％，主要目的是避免过流断面宽度过度缩窄而导致排导槽溢流及流态过于紊乱的情形发生。两侧边墙可以为直立墙体或者向两侧沟岸倾斜的斜墙体，即从横断面上看阶段束流型泥石流排导槽的断面几何形状可以为矩形或者倒梯形。两侧边墙和槽底采用钢筋混凝土结构或者混凝土结构。
阶段束流型泥石流排导槽能够通过调整排导槽过流断面，增加泥石流体运动过程中固体颗粒与颗粒之间、颗粒与浆体之间以及浆体与浆体之间的碰撞、混掺、摩擦程度，从而增强泥石流运动过程中的紊动效果，能够有效消减泥石流体的动能，特别适用于泥石流沟床纵比降i0为15％-30％的大比降沟道。由于排导槽净宽的减小，可能对排导泥石流中大颗粒漂石不利，因此所述阶段束流型泥石流排导槽的上游可适当配合使用泥石流拦挡工程，通过上游拦挡工程拦蓄泥石流体中的大颗粒漂石，有效避免排导槽堵塞、淤积等事故的发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过束流结构体过流断面上的逐渐束窄及两段束流结构体之间的突扩设计，增强泥石流体在运动过程中的紊动作用，增加泥石流体内部颗粒与颗粒之间、颗粒与泥石流浆体之间以及泥石流浆体与浆体之间的相互碰撞、挤压、摩擦作用，有利于提高泥石流体的消能率，降低泥石流运动速度，从而减轻排导槽的磨蚀、冲刷程度，延长排导槽使用寿命，增加泥石流排导槽的防护效能，有效保护下游地区泥石流排泄安全，尤其适用于高山区大比降沟道、含有大粒径漂石的泥石流体。
附图说明
图1是阶段束流型泥石流排导槽的俯视结构示意图。
图2是阶段束流型泥石流排导槽的纵剖面结构示意图。
图3是束流结构体的泥石流入口处的过流断面结构示意图。
图4是束流结构体的泥石流出口处的过流断面结构示意图。
图中标号如下：
1 槽底 2 边墙
b 束流结构体的泥石流入口处净宽度 H 排导槽高度
b’ 束流结构体的泥石流出口处净宽度 L 束流结构体长度
m’ 束流结构体的泥石流出口处的跌坎高度 j 边墙的侧向收缩率
i0 泥石流沟床纵比降 i1 槽底纵比降
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
如图1、图2、图3、图4所示。某泥石流流域面积0.65km2、泥石流沟床纵比降i0为15％，在P2％的设计标准下，泥石流流量为60m3/s，拟修建泥石流排导槽进行防护。由于沟道坡降较大，泥石流下泄时一般不会淤积于排导槽内，相反由于泥石流具有较高动能，当其到达下游防护区域时，会造成严重的破坏作用。修建排导槽的重要作用之一是能够消耗泥石流体中的部分动能，降低泥石流速度，减轻泥石流体对下游的危害程度，故采用本发明的阶段束流型泥石流排导槽。
所述阶段束流型泥石流排导槽包括10段头尾相连的束流结构体；每一段束流结构体的泥石流入口处的过流断面完全相同，每一段束流结构体的泥石流出口处的过流断面完全相同；束流结构体包括槽底1及其两侧的边墙2，槽底1沿泥石流流向逐渐抬升，两侧边墙2沿泥石流流向逐渐向排导槽中心线收窄。槽底1纵比降i1为10％，槽底1的抬升速率为0.04；边墙2的收缩宽度为0.25m，束流结构体长度L为5.0m，两侧边墙2的侧向收缩率j均为0.05；束流结构体的泥石流入口处净宽度b为4.0m，束流结构体的泥石流出口处净宽度b’为3.5m；排导槽高度H为3.0m，束流结构体的泥石流出口处的跌坎高度m’为0.2m。
实施例二
如图1、图2、图3、图4所示。某泥石流流域面积6.0km2、泥石流沟床纵比降i0为30％，在P2％的设计标准下，泥石流流量为200m3/s，拟沿泥石流沟道修建本发明的阶段束流型泥石流排导槽进行防护。
所述阶段束流型泥石流排导槽包括20段头尾相连的束流结构体；每一段束流结构体的泥石流入口处的过流断面完全相同，每一段束流结构体的泥石流出口处的过流断面完全相同；束流结构体包括槽底1及其两侧的边墙2，槽底1沿泥石流流向逐渐抬升，两侧边墙2沿泥石流流向逐渐向排导槽中心线收窄。槽底1纵比降i1为20％，槽底1的抬升速率为0.063；边墙2的收缩宽度为0.5m，束流结构体长度L为8.0m，两侧边墙2的侧向收缩率j均为0.063；束流结构体的泥石流入口处净宽度b为5.0m，束流结构体的泥石流出口处净宽度b’为4.0m；排导槽高度H为4.0m，束流结构体的泥石流出口处的跌坎高度m’为0.5m。
Claims (3)
1.一种阶段束流型泥石流排导槽，其特征在于：所述阶段束流型泥石流排导槽包括若干段头尾相连的束流结构体；每一段束流结构体的泥石流入口处的过流断面完全相同，每一段束流结构体的泥石流出口处的过流断面完全相同；束流结构体包括槽底（1）及其两侧的边墙（2），槽底（1）沿泥石流流向逐渐抬升，两侧边墙（2）沿泥石流流向逐渐向排导槽中心线收窄；两侧边墙（2）的侧向收缩率一致；槽底（1）纵比降i 1 小于泥石流沟床纵比降i 0 ；束流结构体的泥石流出口处净宽度b’大于等于泥石流入口处净宽度b的80%，同时小于泥石流入口处净宽度b；束流结构体的泥石流出口处的跌坎高度m’小于等于排导槽高度H的20%。
2.如权利要求1所述阶段束流型泥石流排导槽的应用，其特征在于：适用于泥石流沟床纵比降i 0 为15%-30%。
3.根据权利要求2所述阶段束流型泥石流排导槽的应用，其特征在于：所述阶段束流型泥石流排导槽的上游配合使用泥石流拦挡工程。
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