CN112813921B - 一种泥石流水石分离贮存系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泥石流水石分离贮存系统。所述系统包括M个第一分离贮存模块和/或N个第二分离贮存模块，第一分离贮存模块位于第二分离贮存模块的上游；第一分离贮存模块能截留符合粒径要求的石块，并包括缓冲梳齿坝、第一石料贮库、第一入口沟道和第一回流沟道；定向缓冲梳齿坝包括第一翼墙、第二翼墙、基础以及定向缓冲桩；第二分离贮存模块能截留符合粒径要求的石块，并包括格栅坝、第二石料贮库、第二入口沟道和第二回流沟道；格栅坝包括第三翼墙、第四翼墙、护底以及至少一个格栅。本发明可对泥石流进行水石分离，减少对主沟道中筛分坝淤堵，提高了泥石流灾害的防治效果；且分级分离储存后的石料方便回收利用，具有一定经济价值。

Description

一种泥石流水石分离贮存系统

技术领域

本发明涉及泥石流灾害防治领域，特别地，涉及一种泥石流水石分离贮存系统。

背景技术

泥石流能量大、破坏力极强，是一种我国较为多见的自然山地灾害。从人类生产和生活的角度来看，泥石流防治是减少地质灾害损失、降低泥石流风险的重要举措。从另外更大环境角度来看，泥石流作为一种突发性地表剧烈侵蚀-搬运-沉积的过程，在自然环境演化和人类生存繁衍中起到了举足轻重的角色。泥石流在给人类带来灾害的同时，塑造着地貌，改变着岩土体组成和矿物成分，与水体共同滋养着人类文明。因此，在着手于泥石流防灾和减灾的同时，人类应该想着如何利用好泥石流这一自然现象。

当前基础设施建设仍是国家发展的重点，尤其是对西部的发展，基础建设长远决定的国家长治久安与繁荣昌盛。然而，基础建设对大量建材的消耗是不争的事实，而砂石是泥石流的重要固体组成，如理利用好泥石流中的优质砂石材料具有很重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于实现泥石流防灾减灾作用的同时，有效回收和利用自然资源。

为了实现上述目的，本发明提供了一种泥石流水石分离贮存系统。

所述系统可包括M个第一分离贮存模块和/或N个第二分离贮存模块，其中，M和N为不小于1的整数，相对于泥石流流向，第一分离贮存模块位于第二分离贮存模块的上游；

第一分离贮存模块包括：缓冲梳齿坝、第一石料贮库、第一入口沟道和第一回流沟道；缓冲梳齿坝包括第一翼墙、第二翼墙、基础以及定向缓冲桩；第一翼墙和第二翼墙分别设置泥石流主沟道的两岸，相对于泥石流流向，第一翼墙位于第二翼墙的上游；基础位于泥石流主沟道底部，且其两端分别与第一翼墙和第二翼墙连接；所述多个定向缓冲桩并排设置在基础上，并能够截留符合第一粒径要求的石块，该石块在泥石流流动动力和重力的作用下进入到第一入口沟道内；第一入口沟道能够将泥石流主沟道与第一石料贮库连通，且其沟底坡度倾向第一石料贮库；第一石料贮库具有一定的容积，且其深度大于泥石流主流道的深度；第一回流沟道能够将第一石料贮库与泥石流主沟道连通；第一入口沟道、第一石料贮库与第一回流沟道空间上依次连接构成一个与泥石流主沟道并行的旁流；

第二分离贮存模块包括：格栅坝、第二石料贮库、第二入口沟道和第二回流沟道；格栅坝包括第三翼墙、第四翼墙、护底以及至少一个格栅；第三翼墙和第四翼墙分别设置泥石流主沟道的两岸，相对泥石流的流动方向，第三翼墙位于第四翼墙的上游；护底设置在泥石流主沟道的底部，且其两端分别与第三翼墙和第四翼墙连接；格栅位于护底之上，并能够截留符合第二粒径要求的石块，该石块在泥石流流动动力和重力的作用下进入到第二入口沟道内，第二粒径要求所要求的粒径小于第一粒径要求所要求的粒径；第二入口沟道能够将泥石流主沟道与第二石料贮库连通，沟底坡度倾向第二石料贮库；第二石料贮库具有一定的容积，且其深度大于泥石流主流道的深度；第二回流沟道能够将第二石料贮库与泥石流主沟道连通；第二入口沟道、第二石料贮库与第二回流沟道空间上依次连接构成一个与泥石流主沟道并行的旁流。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述定向缓冲桩可包括支撑座、连接组件、迎击柱体和弹性组件，其中，支撑座自上而下依次开设有相互连通的第一回缩孔、柱体容纳槽和第二回缩孔，其中，柱体容纳槽能够容纳迎击柱体，第一回缩孔和第二回缩孔的中心轴线方向都为纵向；连接组件包括上转轴和下转轴，其中，上转轴与迎击柱体的上端连接并插入在第一回缩孔中，下转轴与迎击柱体的下端连接并插入在第二回缩孔中；迎击柱体为圆柱体结构或类圆柱体结构，在外力的作用下，迎击柱体能够带动上转轴和下转轴自传，和/或，带动上转轴在第一回缩孔内以及带动下转轴在第二回缩孔内前后移动；弹性组件安装在柱体容纳槽内并位于迎击柱体的背面，弹性组件能够压住上转轴和下转轴。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述弹性组件可包括位于所述柱体容纳槽内上部的第一弹性组件、以及位于所述柱体容纳槽内下部的第二弹性组件，其中，第一弹性组件包括第一扭矩弹簧和第二扭矩弹簧，其中，第一扭杆弹簧包括第一摇臂、第一扭杆和第一固定件；第一扭杆的下端通过第一固定件固定在所述柱体容纳槽内，上端与第一摇臂的后端连接；第一摇臂位于所述迎击柱体的上表面之上，且其前端为凸形前端；第二扭杆弹簧包括第二摇臂、第二扭杆和第二固定件；第二扭杆的下端通过第二固定件固定在所述柱体容纳槽内，上端与第二摇臂的后端连接；第二摇臂位于所述迎击柱体的上表面之上，且其前端具有凹形前端；第一摇臂的凸形前端与第二摇臂的凹形前端相互咬合交叉，且交叉口顶住所述上转轴的轴身；第二弹性组件包括第三扭矩弹簧和第四扭矩弹簧，其中，第三扭杆弹簧包括第三摇臂、第三扭杆和第三固定件；第三扭杆的上端通过第三固定件固定在所述柱体容纳槽内，下端与第三摇臂的后端连接；第三摇臂位于所述迎击柱体的下表面之下，且其前端为凸形前端；第四扭杆弹簧包括第四摇臂、第四扭杆和第四固定件；第四扭杆的上端通过第四固定件固定在所述柱体容纳槽内，下端与第四摇臂的后端连接；第四摇臂位于所述迎击柱体的下表面之下，且其前端具有凹形前端；第三摇臂的凸形前端与第四摇臂的凹形前端相互咬合交叉，且交叉口顶住所述下转轴的轴身。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述定向缓冲桩还可包括与所述支撑座固定连接的固定基础，固定基础能够将支撑座固定在所述基础中。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述格栅可包括筛板、弹性组件与振动架，其中，筛板的板面上开设有多个筛孔；弹性组件包括多个弹性件，弹性件的一端与筛板连接，另一端与振动架连接；振动架为网格状，并在全部或部分网格格点处具有凸起，凸起的数量与筛孔的数量相同并一一对应，每个凸起都能够插入到对应的筛孔中。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述筛孔可均匀开设在所述筛板的板面上，所述弹性件为弹簧。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述筛板的宽度可以为所述筛孔孔径的3～12倍。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述M的数量大于等于2，所述M个第一分离贮存模块沿泥石流流向依次设置；所述M个第一分离贮存模块能够分离并贮存石块的粒径逐级减小。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，所述N的数量大于等于2，所述N个第二分离贮存模块沿泥石流流向依次设置；所述N个第二分离贮存模块能够分离并贮存石块的粒径逐级减小。

根据本发明的一个或多个示例性实施例，第一分离贮存模块还可包括设置在所述第一回流沟道内的另一个缓冲梳齿坝；所述第二分离贮存模块还包括设置在所述第二回流沟道内的另一个格栅坝。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：在实现防灾减灾作用的同时，有效回收和利用自然资源；采用多级石料贮存库的布置，解决了单个库容量不足的问题，节约了土地资源，此外还能提高石料贮存库中颗粒粒径的一致性，有利于工程的应用和加工，减缓当前建筑用料紧张的情况。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的第一分离贮存模块的一个示意图；

图2示出了图1的纵剖面示意图；

图3示出了本发明的缓冲梳齿坝的一个示意图；

图4示出了本发明的缓冲梳齿坝的另一个示意图；

图5示出了本发明的缓冲梳齿坝的再一个示意图。

图6示出了本发明的定向缓冲桩的工作原理的示意图；

图7示出了本发明的定向缓冲桩的一个结构示意图；

图8示出了本发明的迎击柱体和弹性组件的结构示意图；

图9示出了本发明的定向缓冲桩的一个结构示意图；

图10示出了本发明的格栅坝的一个示意图；

图11示出了本发明的格栅坝的另一个示意图；

图12示出了本发明的格栅的一个结构示意图；

图13示出了本发明的格栅的疏通工作原理示意图；

图14示出了本发明的泥石流水石分离贮存系统的一个示意图。

主要附图标记说明：

1-前置的缓冲梳齿坝；11-第一翼墙；12-第二翼墙；13-基础；14-定向缓冲桩；141-支撑座，1411-第一回缩孔，1412-回缩孔防护盖；142-迎击柱体；1431-上转轴，1432-下转轴；1441-第一摇臂，1442-第一扭杆，1443-第一固定件，1444-第二摇臂，1445-第二扭杆，1446-第二固定件；145-固定基础；2-第一入口沟道；3-第一石料贮库；4-第一回流沟道；5-后置的缓冲梳齿坝；6-泥石流主沟道；71-格栅，711-筛板，711a-筛孔，712-弹簧，713-振动架，713a-椎尖部位；721-第三翼墙，722-第四翼墙；73-支墩；74-护底。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的泥石流水石分离贮存系统。

本发明基于灾害防治-利用的思想，利用水石分离来改变泥石流物性的原理，来实现对灾害进行治理；同时本发明借助泥石流的动能和势能，完成对“石料”这一重要的基础建材进行回收。

示例性实施例1

图1示出了本发明的第一分离贮存模块的一个示意图。图2示出了图1纵剖面示意图，其中，(a)图为A-A'剖面的示意图，(b)图为B-B'剖面的示意图。

所述泥石流水石分离贮存系统可包括M个第一分离贮存模块和/或N个第二分离贮存模块，其中，M≥1，N≥1。相对于泥石流流向，第一分离贮存模块位于第二分离贮存模块的上游。在M≥2的情况下，第一分离贮存模块沿泥石流流向依次设置，其能够分离并贮存石块的粒径逐级减小；在N≥2的情况下，第二分离贮存模块沿泥石流流向依次设置，其能够分离并贮存石块的粒径逐级减小。

在本实施例中，如图1所示，第一分离贮存模块可包括：前置的缓冲梳齿坝1、第一入口沟道(也可称为第一入口沟槽)2、第一石料贮库3、第一回流沟道(也可成为第一回流沟槽)4和后置的缓冲梳齿坝5。

如图1所示，前置的缓冲梳齿坝1设置在泥石流主沟道6上。前置的缓冲梳齿坝1能截留符合粒径要求的石块并将石块推入到第一入口沟道2内。

第一入口沟道2位于第一回流沟道4的上游，其将泥石流主沟道6与第一石料贮库3连通。即在上游从泥石流主沟道6上开凿出一个第一入口沟道2，符合粒径要求的石块被前置的缓冲梳齿坝1截留后，借助重力势能、动能以及泥石流的推力通过第一入口沟道2推入到第一石料贮库3中。第一入口沟道2位于第一石料贮库3上游，紧靠前置的缓冲梳齿坝1的下游端，第一入口沟道2的底面为下坡设计，下坡坡度向石料贮库增大。第一入口沟道2的最小断面尺寸应小于泥石流主沟道尺寸的50％，大于截留石块的最大粒径尺寸，并大于第一回流沟道4的断面尺寸。

第一石料贮库3能够贮存筛分后的石料，第一石料贮库3的深度可大于泥石流主沟道6的深度。第一石料贮库3的空间设计形态、材质或体积容量，以及空间布置等可以由具体情况设定，例如可根据该级粒径大小石块的多少来确定体积容量大小，根据地形地貌来灵活设置空间形态，根据使用和经济效益设定构筑物的材质等。

第一回流沟道4也能够将泥石流主沟道6与第一石料贮库3连通，且第一回流沟道4位于第一入口沟道2的下游。即，在第一石料贮库3的下游开凿出一个通向泥石流主沟道6的第一回流沟道4。第一回流沟道4位于第一石料贮库3的下游，坡度为先上后下，即从第一石料贮库3到泥石流主沟道6方向，第一石料贮库3从上坡变为下坡。第一回流沟道4的最小断面尺寸小于第一入口沟道2的最小端面尺寸，这有助于提升流速发生再次筛分过滤作用，同时可节省筛分坝的空间尺寸。

后置的缓冲梳齿坝5设置在第一回流沟道4内。后置的缓冲梳齿坝5与前置的缓冲梳齿坝1为同一级别，即两者能够截留相同粒径的石块。后置的缓冲梳齿坝5可用来截留符合粒径要求的石块，并将少量多余的水和相对细粒径石块流至泥石流主通道6。

在本实施例中，如图2中的(a)图所示，前置的缓冲梳齿坝1可以位于泥石流主沟道6内。如图2中的(b)图所示，第一石料贮库3的深度大于第一入口沟道2、第一回流沟道4的深度，即第一石料贮库3的底部低于第一入口沟道2、第一回流沟道4的底部，而且，第一入口沟道2底部的高于第一回流沟道4底部。

在本实施例中，第二分离贮存模块包括：前置的格栅坝、第二石料贮库、第二入口沟道、第二回流沟道和后置的格栅坝；第二入口沟道、第二石料贮库与第二回流沟道空间上依次连接构成一个与泥石流主沟道并行的旁流。格栅坝能够截留符合第二粒径要求的石块，该石块在泥石流流动动力和重力的作用下进入到第二入口沟道内，进而进入第二石料贮存库中。

第二入口沟道、第二石料贮库和第二回流沟道，可以分别与上述第一入口沟道、第一石料贮库和第一回流沟道相同或相似。

在本实施例中，前置的缓冲梳齿坝和前置的格栅坝都属于前置筛分坝；后置的缓冲梳齿坝和后置的格栅坝都属于后置筛分坝。后置筛分坝也可称为回流筛分坝，其可使用与同级筛分坝(前置筛分坝)相同的类型和参数，回流筛分坝能够：①对流入到石料贮库中的石块与水进行再次过滤，流出多余的水和相对小粒径的石块；②截留符合该级粒径的石块作为石料存储在石料贮库中。

示例实施例2

图3示出了本发明的缓冲梳齿坝的一个示意图。图4示出了本发明的缓冲梳齿坝的另一个示意图。图5示出了本发明的缓冲梳齿坝的再一个示意图。图6示出了本发明的定向缓冲桩的工作原理的示意图。图7示出了本发明的定向缓冲桩的一个结构示意图。图8示出了本发明的迎击柱体和弹性组件的结构示意图。图9示出了本发明的定向缓冲桩的一个结构示意图。

由于泥石流中的大型石块(最大可达几十吨)会对梳齿坝的桩体产生巨大的冲击力，传统常采用横截面尺寸较大混凝土的桩身来直接抵抗冲击的作用，即便如此，在经历了一定的泥石流冲击后，桩身仍会产生冲击、磨损的痕迹，甚至会导致桩体中的钢筋暴露。本发明缓冲梳齿坝中的定向缓冲桩通过对大型石块撞击力的缓冲，能够有效降低坝体水平尺寸大小，并且能够显著降低石块沿坝体的横向运动阻力，使得坝后石块不会运动停止。

在上一个示例性实施例的基础之上，本示例性实施例中泥石流水石分离贮存系统的缓冲梳齿坝(也可称为回弹滚动梳齿坝)可包括如图3和图4所示的第一翼墙11、第二翼墙12、基础(也可称为第一护底基础)13和多个定向缓冲桩(也可成为定向缓冲柱)14。

其中，第一翼墙11和第二翼墙12分别设置在泥石流主沟道两岸的岸边上。基础13设置在泥石流主沟道的底部，第一翼墙11和第二翼墙12的底部设置在基础13上。定向缓冲桩14的个数可以为多个，例如2～20个，如图3所示，多个定向缓冲桩14可以并排固定在基础13上，定向缓冲桩14通过底部的固定基础垂直安装于基础13中，并且使得缓冲桩的迎击柱直接迎向泥石流来向。

如图3所示，第一翼墙11和第二翼墙12背离泥石流主沟道的一端要高于朝向泥石流主沟道的一端。从第一翼墙11和第二翼墙12的整体来看，是中间低，两边高，这样在遇到流量大的泥石流时，能够保证泥石流从中部顶部溢流通过，而不会对坝肩两岸造成冲刷。

如图4和图5所示，缓冲梳齿坝的坝体布置方向与沟道的方向不垂直，而是与泥石流主沟道的坡向倾斜(例如45～65°)，即梳齿坝一端坝肩(对应于第一翼墙)位于主沟道的上游处，另一端坝肩(对应于第二翼墙)位于主沟道对岸的下游处，且下游处斜向外开挖出第一入口沟道，该沟道用来使得梳齿坝过滤出来的大块石通过。图5中的A1表示缓冲梳齿坝上游的泥石流，A2表示泥浆与细颗粒石块，A3表示粗颗粒石块，如图5所示，泥石流主沟道6中的泥石流A1流经梳齿坝时，粗颗粒石块A3被定向缓冲桩推至第一入口沟道2，泥浆与细颗粒石块A2穿过梳齿坝流至下游。

本发明的缓冲梳齿坝可主要用来对较大颗粒岩石块体(例如>0.5m的粒径)进行截留，可按照粒径大小dn分为多个级别，例如0.5～1.0m、1.0～1.5m、>1.5m。本发明能够降低坝体对石块的摩擦力，降低堵塞，同时可借助泥石流推移力与重力将石块推入第一入口沟道。

第一翼墙、第二翼墙、基础的材质可以为混凝土、料石混凝土、钢混凝土等，当然本发明不限于此，只要是能够满足力学稳定性与安定性要求的材料都可。定向缓冲桩的迎击柱体迎向上游(迎击泥石流)。

在本实施例中，图6示出了本发明的定向缓冲桩的工作原理的示意图，图6中示出的圆表示迎击柱体，K表示在外力作用下迎击柱体的移动方向，具有相对较低的变形刚度，不规则多边体表示石块，大箭头表示入口沟道方向，即通往粗颗粒石块堆积区的方向。迎击柱体可以通过弹性件(例如高刚度弹簧)固定在桩身(也可称为支撑座)中，在大型石块的冲击作用下，弹性件会沿预先设定的方向产生一定的缓冲变形，由此大大降低冲击力。因此，本发明的定向缓冲桩无需向传统梳齿坝的桩体一样采用较大横断面来抵抗冲击产生的剪力和弯矩，可以以横向较小的尺寸和相对轻质材料完成相似功能；另外，迎击柱体不仅可以后缩以缓冲冲击，而且可以通过回弹变形将石块弹开。

所述定向缓冲桩可包括：支撑座、迎击柱体、连接组件和弹性组件。

如图7所示，支撑座141整体可以为类似单个方括号“[”的形状，例如，支撑座141的上端可以是扇形板状结构，上端开设有纵向的第一回缩孔1411，第一回缩孔1411可以贯穿支撑座141的上端，当然本发明不限于此，第一回缩孔1411也可仅具有一个朝下的开口；支撑座141的下端可以和上端的结构相同或相似，其也可开设有第二回缩孔，第二回缩孔和第一回缩孔也可以相同或相似，两者的中心轴线可以共线；支撑座141在上端和下端之间的身部为弧形板状结构，身部可以有一个凹陷的弧形槽，上端、下端和弧形板可共同围成了柱体容纳槽。

定向缓冲桩主要通过迎击柱体来缓冲巨大冲击力，如图8所示，迎击柱体142整体可为圆柱体或类圆柱体结构，理想状态下迎击柱体142的材质可以为坚固轻质材料，例如钢材焊接加工而成并具有内部支撑的稳固结构的空心柱体，或者是使用木材与钢材制成具有一定稳固结构的柱体，柱体尺寸按照实际需要进行设计和加工，如直径可以0.5～3m，高度可以根据坝体高度来选取，不高于翼墙的高度。迎击柱体142可以通过连接组件安装在柱体容纳槽中。迎击柱体142可以通过连接组件在第一、第二回缩孔内发生一定大小和方向的相对位移和转动，即在泥石流冲击力作用下，迎击柱体142能够带动上下转轴在回缩孔内前后移动，从而缓解垂直冲击力。在泥石流的切向冲击力下，迎击柱体142能够沿上下转轴低阻力自转，从而缓解水平冲击力，变滑移摩擦为滚动摩擦降低阻力，并且有助于块石在泥石流的推动力和重力的联合作用下，向第一入口沟道内运动。

连接组件可包括如图8中(a)图所示的上转轴1431和下转轴1432。其中，上转轴1431与迎击柱体142的上端固定连接，并插入到如图7所示的第一回缩孔1411中；下转轴1432与迎击柱体142的下端固定连接，并插入在第二回缩孔中。

弹性组件可安装在柱体容纳槽内并位于迎击柱体的背面，其能够压住迎击柱体。弹性组件可包括高刚度压缩弹簧，当然本发明不限于此，只要是能够实现本发明压缩目的的弹性构件都可以。

在本实施例中，弹性组件可包括若干组扭矩弹簧，例如2～6组。其中，每一组扭矩弹簧都包括了摇臂、扭杆和固定件。摇臂的一端压在上转轴或下转轴的轴身上，另一端与扭杆的一端连接；扭杆位于迎击柱体的背面，其另一端被固定件固定在所述柱体容纳槽内。扭杆与摇臂可以扭转变形产生扭矩。各个扭杆弹簧的扭杆、固定端的参数可以一致。扭杆弹簧结构简单、可靠、响应快速，能够提供较大的反力矩，能够将较大石块较快的反弹出去。

在本实施例中，弹性组件包括了上下两组弹性组件(对应于第一弹性组件和第二弹性组件)，且这两组弹性组件可以相同或相似，两者可对称设置，每组弹性组件都可以包括2个扭矩弹簧。

以上部的弹性组件为例，其可包括第一扭矩弹簧和第二扭矩弹簧，如图8中的(b)图所示，第一扭杆弹簧可包括依次连接的第一摇臂1441、第一扭杆1442和第一固定件1443。第一摇臂1441的前端为凸形结构，即具有一个凸起部，第一摇臂也可称为凸型摇臂。如图8中的(a)图所示，第一摇臂1441位于迎击柱体142的上表面之上。第一扭杆1442的下端通过第一固定件1443固定在柱体容纳槽的壁上。

如图8中的(b)图所示，第二扭杆弹簧可包括依次连接的第二摇臂1444、第二扭杆1445和第二固定件1446。第二摇臂1444的前端可具有凹形前端，第二摇臂也可称为凹形摇臂。图8中的(b)图所示的第二摇臂1444也位于图8中的(a)图所示迎击柱体的上表面之上。第二扭杆1445的下端可通过第二固定件1446固定在柱体容纳槽的壁上。

如图8中的(a)和(b)图所示，第一摇臂1441的凸形前端与第二摇臂1444的凹形前端可以相互咬合交叉，且交叉口顶住上转轴1431的轴身，并有一定的预压力，能够将迎击柱体142按到第一、第二回缩孔的前端。

由于上下两组扭杆弹簧的压力作用，在不受外力时，迎击柱位于回缩孔的前端。在这种固定方式下，迎击柱能够沿着上下两端的轴(即上转轴、下转轴)转动，这就使得当泥石流中的块体或流体沿梳齿坝横向运动时，迎击柱起到一定的滚柱作用，能够降低横向运动的阻力，同时也在一定程度上降低了泥石流堵塞的概率。

在本实施例中，上转轴、下转轴可以可拆卸安装在迎击柱体上下两端的端面上。当然，上转轴、下转轴也可以固定在迎击柱体上下两端的端面上。例如，上转轴、下转轴与迎击柱体可以为一体结构。

在本实施例中，如图9所示，在第一回缩孔贯穿支撑座上端的情况下，支撑座还可包括回缩孔防护盖1412，其能够盖在第一回缩孔朝上的开口上，防止泥沙石块的进入影响正常工作。

在本实施例中，如图9所示，所述定向缓冲桩还可包括固定基础145，固定基础145与支撑座141的底部连接，其能够将支撑座固定在泥石流主沟道底部的坝基(也可称为基础)上。如图9所示，固定基础145可包括自上而下依次连接的圆柱段和圆锥段。

本发明的缓冲梳齿坝主要用来对较大颗粒岩石块体(例如0.5～1.5m)进行截留，可按照粒径大小d_n分为多个级别，例如0.5～1.0m、1.0～1.5m等级别。

本发明的缓冲梳齿坝结构简便，制作成本低；通过对大型石块撞击力的缓冲，能够有效降低泥石流大型块石对桩体的冲击力大小，并且能够显著降低块石沿坝体的横向运动阻力，使得截留在坝后大型岩石块体在泥石流的推力和重力双重作用下，向位于泥石流主沟道一侧的入口沟道运动，使得坝后不会形成较厚的堆积区，从而缓解和降低了坝后泥石流中固体物质在坝后淤堵。

示例性实施例3

图10示出了本发明的格栅坝的一个示意图。图11示出了本发明的格栅坝的另一个示意图。图12示出了本发明的格栅的一个结构示意图；图13示出了本发明的格栅的疏通工作原理示意图。

本发明的被动自疏式格栅坝不仅能够具有持久的水石分离能力，还能够让截留下来的固体物质不淤堵在坝后的位置，而是在泥石流冲击推动以及斜坡产生重力分量的作用下，将截留的固体物质运动到其他指定的位置，从而使泥石流拦挡坝的坝后保持较少的淤积现象。

在第一个示例性实施例或第二个示例性实施例的基础之上，本示例性实施例中泥石流水石分离贮存系统中第二分离贮存模块的格栅坝可包括：格栅，第三翼墙，第四翼墙，支墩，护底(也可称为基础、第二护底基础)。

格栅的数量可以为一个或多个。在为多个的情况下，相邻格栅的筛板可以直接刚性连接，并保证各个模块的振动架相互独立；考虑到若筛板横向尺寸过大、刚度和强度不能满足抵抗泥石流冲击的要求，在泥石流主沟道的宽度较大导致拦挡坝较宽时，可以在拦挡坝中设置多个支墩来提高坝体的稳定性，即相邻格栅之间设置有用于连接的支墩。如图10所示，两个格栅71之间设置有支墩73，每个格栅筛板邻近支墩73的一端都与支墩固定连接，远离支墩73的一端都固定在邻近的翼墙上。

第三翼墙和第四翼墙可分别设置在泥石流主沟槽两岸，如图10所示，第三翼墙721和第四翼墙722都与岸连接。护底设置在泥石流主沟道的底部，如图10所示，第三、第四翼墙的底部都设置护底74上。第三翼墙721、第四翼墙722、护底74的材质都可以为混凝土、料石混凝土、钢混凝土等，当然本发明不限于此，只要是能够满足力学稳定性与安定性要求的材料都可。格栅坝可作为筛分坝来筛选和截留一定粒径粗颗粒的石块(水石分离)，泥石流中的泥浆和细颗粒能够从坝体的格栅中透过。

进一步地，第三、第四翼墙以及支墩中都可以设置有用于连接的构件，例如预埋钢材，格栅的筛板可以通过焊接或螺栓固定在预埋钢材上，形成较为坚固的结构。

图11示出了本发明的格栅坝的工作原理，其中，B1表示格栅坝上游的泥石流，B2表示泥浆与细颗粒石块，B3表示截留的粗颗粒石块。如图11所示，格栅坝的坝身与泥石流来向(或与泥石流主沟道的坡向)并不垂直，而是成一定的倾斜角度，由此与泥石流主沟道坡度的组合下，形成坝后的斜向下的楔形沟槽。格栅坝上游的泥石流B1流向格栅坝，泥浆和细颗粒石块B2通过格栅71，粗颗粒块石B3被格栅71截留下来；粗颗粒块石B3在重力作用以及泥石流的推动下，沿楔形沟槽向坝后的一侧运动。因此，为了方便粗颗粒石块的运动，坝后楔形沟槽尽量平滑减小运动阻力(即筛板与坝身前面形成较为平整一个平面)。

在本实施例中，如图12所示，所述格栅可由筛板711、弹簧712与振动架713构成。其中，筛板711可以通过焊接或螺栓固定在坝体的支墩、翼墙等钢混构件的预埋钢材上，形成较为坚固的结构。固定在格栅坝上的筛板711首先与泥石流接触，迎接泥石流的冲击作用，而振动架713位于筛板711的后部，被筛板711过滤后的泥石流再作用于振动架713。振动架713和筛板711之间通过弹簧712连接，因此在泥石流冲击作用下，振动架713可以相对筛板711发生振动。振动架具有类椎体凸起(也可称为椎尖部位)，其位置、形状、尺寸与筛板的筛孔尺寸相匹配，在泥石流冲击和弹簧拉扯下，振动架发生振动，并且平均位置远离筛板一段距离。当有石块堵塞筛孔时，局部筛板后泥石流对振动架冲击力减小，弹簧拉力作用下振动架的类椎体凸起接近筛板，随机振动的椎体凸起可以将发生堵塞的筛孔捅开，由此实现了格栅借助泥石流的运动动能被动地将发生堵塞的透水孔疏通的功能。

在本实施例中，筛板作为主要受力结构，其直接接受泥石流冲击，故其结构尺寸和材料要求足够坚固，结合目前工程常用材料类型，筛板与振动架可以使用工程钢、纤维聚合物等材料，弹簧使用刚度合适的镀层弹簧钢即可。

在本实施例中，筛板中的筛孔作为泥石流的浆液与细颗粒通过的通孔，其形状可以为圆形、矩形等常规形状，其平均直径大小可以是设计允许通过最大石块平均粒径的1～2倍。

在本实施例中，振动架可以是为椎形板构成的十字形网格形结构。如图13所示，十字交点处(也可称为网格格点)的椎尖部位(也可为称为凸起结构)713a对准筛板711的筛孔711a，并且椎尖部位713a可以在筛孔711a中前后运动。如图13所示，在弹簧712的连接下，振动架713中的椎尖部位713a刚好正对筛孔711a的中间位置。

在本实施例中，振动架的十字形网格的网孔大小不小于筛孔大小，因此振动架不会对筛板过滤后的泥石流产生再次过滤作用。

在本实施例中，格栅的尺寸并不是越大越好，也并非越小越好。由于在使用中的格栅是竖直立起状态，故要求水平宽度为3～12个筛孔附近为宜，高度尺寸一般不小于泥石流平均深度。

在本实施例中，泥石流对结构物的冲击力信号具有一定的频谱特征，在设计具有被动自疏功能的格栅时，可以通过现场实验获取冲击力信号，根据分析所得冲击力时序信号的频谱特征，设计格栅的形变刚度，使得其特征频率与泥石流冲击力频谱特征匹配，如此可使得格栅模块的振动架的工作性能更好。

本发明的格栅的工作原理如图13所示，当泥石流发生时，筛板711首先过滤掉粗颗粒的石块，而细颗粒石块与浆液通过筛孔711a冲击振动架713，振动架713发生向远离筛板711位置运动，并产生随机振动。当某些筛孔711a被泥石流中石块堵塞时，该部位附近的泥石流对振动架713的冲击作用减弱，而泥石流对振动架713其他部位的冲击作用加大或依旧，此时杠杆作用使得发生堵塞筛孔后部振动架713上的椎尖部位713a靠近，在椎尖部位713a的随机振动作用下被堵塞筛孔711a具有一定几率被捅开。

本发明的格栅坝主要用来中小粒径岩石块体(例如0.005-0.5m)进行截留，例如可按粒径大小d_n分为0.005～0.01m、0.01～0.02、0.02～0.05m、0.05～0.1m、0.1～0.2m、0.2～0.5m几个级别。

本发明的格栅坝结构简便、制作成本低；能够完成水石分离，实现防灾减灾目的；能够减少格栅透水孔被泥石流颗粒淤堵的情况；保证格栅坝对泥石流中粗颗粒起到实时筛分过滤作用；能够借助泥石流的推力和重力作用将过滤出的粗颗粒石块沿坝体堆积到制定区域，防止坝后出现淤积。

示例性实施例4

在泥石流主沟道旁开设所述泥石流水石分离贮存系统，所述系统可包括多级第一分离贮存模块和多级第二分离贮存模块，以对不同粒径级别的石料进行贮存。

如图14所示，从泥石流主沟道6的上游至下游，修建一级分离贮存模块X1、二级分离贮存模块X2、三级分离贮存模块Y3、……、八级分离贮存模块Y8。本示例性实施例中的一级分离贮存模块X1和二级分离贮存模块X2属于第一分离贮存模块。三级分离贮存模块Y3、……、八级分离贮存模块Y8属于第二分离贮存模块。第一分离贮存模块和第二分离贮存模块可以与上述示例性实施例中的相同。

根据泥石流物源进行调查、分析，明确泥石流中的固体颗粒物粒径的级配。假设级配宽，粒径涉及范围有：0.005～2m，此时各个级别分离贮存模块所能截留石块的粒径要求可以为：

第一级，即X1：1.5m级，即使用定向缓冲桩之间间隔距离为1.5m的梳齿坝作为第一级别中的前置筛分坝与后置筛分坝。

第二级，即X2：0.5m级，即使用定向缓冲桩之间间隔距离为0.5m的梳齿坝作为第二级别中的前置筛分坝与后置筛分坝。

第三级，即Y3：0.2m级，即使用格栅坝(格栅孔径为0.2m)作为第三级别中的前置筛分坝与后置筛分坝。

第四级，即Y4：0.1m级，即使用格栅坝(格栅孔径为0.1m)作为第四级别中的前置筛分坝与后置筛分坝。

第五级，即Y5：0.05m级，即使用格栅坝(格栅孔径为0.05m)作为第五级别中的前置筛分坝与后置筛分坝。

第六级，即Y6：0.02m级，即使用格栅坝(格栅孔径为0.02m)作为第六级别中的前置筛分坝与后置筛分坝。

第七级，即Y7：0.01m级，即使用格栅坝(格栅孔径为0.01m)作为第七级别的前置筛分坝与后置筛分坝的筛分粒径要求。

第八级，即Y8：0.005m级，即使用格栅坝(格栅孔径为0.005m)作为第八级别的前置筛分坝与后置筛分坝的筛分粒径要求。

以上8个级别的分离贮存模块可依次安装在泥石流流通主沟道的上游至下游，之间互不干扰。然而对实际情况，泥石流中岩石块体直径级别可能并不涉及所有主要粒径级别，且泥石流流通沟道空间范围有限，可能无足够空间建设足够的筛分系统，因此可以根据实际需求和情况，对筛分系统的级别数目和筛分粒径大小进行灵活配置。

本发明通过颗粒分级留存来实现对石料的贮存。泥石流中岩石块体粒径分为不同级别，最大颗粒粒径的贮库位于泥石流上游，向下游贮库截留颗粒粒径逐级递减。对于每一级截留颗粒粒径大小和所需贮存系统的级数可以通过对泥石流主沟道与上游松散堆积物调查和测试得出。颗粒粒径级别设置应符合工程使用规定与习惯，并且实际含量相对较少粒径范围不单独设筛分-贮库-回筛结构。

当经历多次泥石流运动后，当本发明的石料贮库较满时，可利用工程机械与运输车，将石料贮库中的石料清空。符合粒径要求的石料可直接运输至混凝土搅拌站，也可以对石料进行二次加工以符合工程需要。清空的石料贮库为将来泥石流减灾防灾起到作用。

本发明设置多级贮存系统具有以下好处：①每级石料贮库的岩石块体的粒径基本处于同一级别，方便工程回收加工和利用。②水石分离贮存系统对石块粒径筛选有利于减少贮库(即石料贮库)中固体物体的总量，减小因占地对库存大小的限制，由此可因地制宜有效提升泥石流固体的总体存放量。③粗颗粒移至石料贮库中进行暂时性存留，能够减少对泥石流主沟道中缓冲梳齿坝的堵塞。④多级设置的石料贮库最终形成容量较大的泥石流固体沉积库，有助于减灾。

综上所述，本发明的泥石流水石分离贮存系统的优点可体现在泥石流防治方面和资源回收利用方面。

(1)泥石流防治方面：

①利用多级石料贮库沿山谷地形灵活布置，解决了单个库容量不足，且占据山区宝贵用地的问题。

②不在泥石流主沟道内直接存留岩石颗粒，解决了因为固体颗粒物的坝后堆积引起筛分坝的失效问题。

③通过设置入口沟槽和回流沟槽将筛选出来的岩石颗粒存留在石料贮库中，符合流体运动的规律，两次过滤筛分可提高石料贮库中颗粒粒径的一致性。

④具有动力特性的回弹滚动梳齿坝，不仅可以过滤出除粒径的石块，并借助重力与泥石流推力转移坝后固体物质，防止淤堵。而且能够减小大型飘石或滚石的撞击力，防护坝体本身，而且能够将动能反弹回射石块；横向滚动迎击构件减小大型石块剪切力，有助于横向的移动，减少堵塞。

⑤具有振动筛分特性的格栅坝，不仅可以过滤出除粒径的石块，并借助重力与泥石流推力转移坝后固体物质，防止淤堵；而且对于发生堵塞的筛孔，通过筛体振动有助疏通堵塞筛孔。

(2)资源回收利用方面：

①考虑了当前建筑用料需求量大的现状，对一些具有利用价值的石料，如灰岩、砂岩、石英岩、花岗岩等，收集回收了泥石流中的天然石料。

②按照颗粒级配，分级回收石料，有利于工程应用和加工。

③借助泥石流的动能、势能，完成石料的搬运、筛分、存储，变灾害动力为人类所用。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述系统包括M个第一分离贮存模块和/或N个第二分离贮存模块，其中，M和N为不小于1的整数，在第一分离贮存模块和第二分离贮存模块同时存在的情况下，相对于泥石流流向，第一分离贮存模块位于第二分离贮存模块的上游；

第一分离贮存模块包括：缓冲梳齿坝、第一石料贮库、第一入口沟道和第一回流沟道；缓冲梳齿坝包括第一翼墙、第二翼墙、基础以及定向缓冲桩；第一翼墙和第二翼墙分别设置泥石流主沟道的两岸，相对于泥石流流向，第一翼墙位于第二翼墙的上游；基础位于泥石流主沟道底部，且其两端分别与第一翼墙和第二翼墙连接；所述定向缓冲桩为多个且并排设置在基础上，并能够截留符合第一粒径要求的石块，该石块在泥石流流动动力和重力的作用下进入到第一入口沟道内；第一入口沟道能够将泥石流主沟道与第一石料贮库连通，且其沟底坡度倾向第一石料贮库；第一石料贮库具有一定的容积，且其深度大于泥石流主流道的深度；第一回流沟道能够将第一石料贮库与泥石流主沟道连通；第一入口沟道、第一石料贮库与第一回流沟道空间上依次连接构成一个与泥石流主沟道并行的旁流；

第二分离贮存模块包括：格栅坝、第二石料贮库、第二入口沟道和第二回流沟道；格栅坝包括第三翼墙、第四翼墙、护底以及至少一个格栅；第三翼墙和第四翼墙分别设置泥石流主沟道的两岸，相对泥石流流向，第三翼墙位于第四翼墙的上游；护底设置在泥石流主沟道的底部，且其两端分别与第三翼墙和第四翼墙连接；格栅位于护底之上，并能够截留符合第二粒径要求的石块，该石块在泥石流流动动力和重力的作用下进入到第二入口沟道内，在第一分离贮存模块和第二分离贮存模块同时存在的情况下，第二粒径要求所要求的粒径小于第一粒径要求所要求的粒径；第二入口沟道能够将泥石流主沟道与第二石料贮库连通，沟底坡度倾向第二石料贮库；第二石料贮库具有一定的容积，且其深度大于泥石流主流道的深度；第二回流沟道能够将第二石料贮库与泥石流主沟道连通；第二入口沟道、第二石料贮库与第二回流沟道空间上依次连接构成一个与泥石流主沟道并行的旁流；

第一分离贮存模块还包括设置在所述第一回流沟道内的另一个缓冲梳齿坝；所述第二分离贮存模块还包括设置在所述第二回流沟道内的另一个格栅坝。

2.根据权利要求1所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述定向缓冲桩包括支撑座、连接组件、迎击柱体和弹性组件，其中，

支撑座自上而下依次开设有相互连通的第一回缩孔、柱体容纳槽和第二回缩孔，其中，柱体容纳槽能够容纳迎击柱体，第一回缩孔和第二回缩孔的中心轴线方向都为纵向；

连接组件包括上转轴和下转轴，其中，上转轴与迎击柱体的上端连接并插入在第一回缩孔中，下转轴与迎击柱体的下端连接并插入在第二回缩孔中；

迎击柱体为圆柱体结构或类圆柱体结构，在外力的作用下，迎击柱体能够带动上转轴和下转轴自传，和/或，带动上转轴在第一回缩孔内以及带动下转轴在第二回缩孔内前后移动；

弹性组件安装在柱体容纳槽内并位于迎击柱体的背面，弹性组件能够压住上转轴和下转轴。

3.根据权利要求2所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述弹性组件包括位于所述柱体容纳槽内上部的第一弹性组件、以及位于所述柱体容纳槽内下部的第二弹性组件，其中，

第一弹性组件包括第一扭矩弹簧和第二扭矩弹簧，其中，第一扭杆弹簧包括第一摇臂、第一扭杆和第一固定件；第一扭杆的下端通过第一固定件固定在所述柱体容纳槽内，上端与第一摇臂的后端连接；第一摇臂位于所述迎击柱体的上表面之上，且其前端为凸形前端；第二扭杆弹簧包括第二摇臂、第二扭杆和第二固定件；第二扭杆的下端通过第二固定件固定在所述柱体容纳槽内，上端与第二摇臂的后端连接；第二摇臂位于所述迎击柱体的上表面之上，且其前端具有凹形前端；第一摇臂的凸形前端与第二摇臂的凹形前端相互咬合交叉，且交叉口顶住所述上转轴的轴身；

第二弹性组件包括第三扭矩弹簧和第四扭矩弹簧，其中，第三扭杆弹簧包括第三摇臂、第三扭杆和第三固定件；第三扭杆的上端通过第三固定件固定在所述柱体容纳槽内，下端与第三摇臂的后端连接；第三摇臂位于所述迎击柱体的下表面之下，且其前端为凸形前端；第四扭杆弹簧包括第四摇臂、第四扭杆和第四固定件；第四扭杆的上端通过第四固定件固定在所述柱体容纳槽内，下端与第四摇臂的后端连接；第四摇臂位于所述迎击柱体的下表面之下，且其前端具有凹形前端；第三摇臂的凸形前端与第四摇臂的凹形前端相互咬合交叉，且交叉口顶住所述下转轴的轴身。

4.根据权利要求2所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述定向缓冲桩还包括与所述支撑座固定连接的固定基础，固定基础能够将支撑座固定在所述基础中。

5.根据权利要求1所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述格栅包括筛板、弹性组件与振动架，其中，

筛板的板面上开设有多个筛孔；

弹性组件包括多个弹性件，弹性件的一端与筛板连接，另一端与振动架连接；

振动架为网格状，并在全部或部分网格格点处具有凸起，凸起的数量与筛孔的数量相同并一一对应，每个凸起都能够插入到对应的筛孔中。

6.根据权利要求5所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述筛孔均匀开设在所述筛板的板面上，所述弹性件为弹簧。

7.根据权利要求5所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述筛板的宽度为所述筛孔孔径的3～12倍。

8.根据权利要求1所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述M的数量大于等于2，所述M个第一分离贮存模块沿泥石流流向依次设置；所述M个第一分离贮存模块能够分离并贮存石块的粒径逐级减小。

9.根据权利要求1所述的泥石流水石分离贮存系统，其特征在于，所述N的数量大于等于2，所述N个第二分离贮存模块沿泥石流流向依次设置；所述N个第二分离贮存模块能够分离并贮存石块的粒径逐级减小。

Images