CN202705989U - 一种水石分离式泥石流防治系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泥石流防治系统。针对现有技术中缺乏专门性的坡面泥石流防治工程系统的问题，本实用新型提供一种坡面泥石流防治系统，解决坡面泥石流，特别是粘土含量高地区的坡面泥石流的防治问题。系统环绕坡体布置，包括拦挡结构、排水结构与护坡结构，拦挡结构布置在坡脚前沿，排水结构布置在坡体边缘，护坡结构布置在坡体倾斜坡面上。拦挡结构与坡体之间可进一步布置由石块堆砌的反滤层。本实用新型基于“渗流潜蚀”原理经演算与实践测试，确定拦挡结构透水坝坝体开孔孔径为30~60cm，并需根据坡体地质条件进一步优化。本实用新型通过环绕坡体布置综合性实施水土分离技术，有效防治坡面泥石流发生；系统结构简单、取材方便，防治效果好。

Description

一种水石分离式泥石流防治系统

技术领域

本发明涉及一种防治系统，特别是涉及一种坡面泥石流防治系统，属于水利工程领域。

背景技术

泥石流根据其流域地貌特征可分为沟谷型泥石流与坡面泥石流，两者的防治工程需要不同技术原理与具体设施结构。近年来，大规模的铁路、公路、水利等大型工程项目的建设在各地都产生并遗留大量弃土弃渣坡，成为坡面泥石流发生的重大隐患。这类泥石流通常发生突然、历时短暂、来势凶猛、大冲大淤、破坏力极强，一旦发生往往造成严重的生态破坏与巨大经济损失甚至人员伤亡。泥石流防治研究领域对沟道泥石流防治技术研究较多，而对坡面泥石流防治技术的研究相对薄弱。现有的泥石流防治工程对坡面泥石流针对性较差，较难经受坡面泥石流的考验，特别是粘土含量较高的泥石流区域，坡面泥石流冲毁防御工程事件屡见不鲜。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种坡面泥石流防治系统，解决坡面泥石流，特别是粘土含量高地区的坡面泥石流的防治问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种水石分离式泥石流防治系统，环绕坡体布置，其特征在于：包括拦挡结构、排水结构与护坡结构；所述拦挡结构布置在坡体坡脚前沿，排水结构布置在坡体边缘，护坡结构布置在坡体倾斜坡面上。

上述防治系统以拦挡结构、排水结构与护坡结构为主体结构，环绕坡体布置，坡体是坡面泥石流的可能发生地点。拦挡结构布置在坡体坡脚前方，具体可选用各种形式的透水坝结构。拦挡结构用于直接阻截坡面土体向下滑动在重力与坡面水流的作用下解体造浆流动形成泥石流，同时及时对运动中的弃土、石块、水混合物进行水土/石分离，保证水经透水坝流至坡体以下、拦挡结构以外，弃土、石块等物质则被阻截停滞在拦挡结构与坡体之间。透水坝坝体开孔设计规格是直接影响拦挡功效的关键技术特征，开孔过小造成排水不畅，无法及时实现水石分离，开孔过大降低透水坝体自身稳定性，无法保证整套系统的技术功效。本实用新型基于“渗流潜蚀”原理经反复演算与实践测试，确定坝体开孔每个孔径30~60cm为优，其中砂岩类坡体的透水坝坝体开孔孔径30~40cm，灰岩类坡体的透水坝坝体开孔孔径40~60cm。根据实际地形与坡面弃土规模，拦挡结构可以是梯级坝或单一坝，以保证效果。拦挡结构与坡体之间进一步布置由石块堆砌的反滤层，以防止泥石流淤塞拦挡坝的孔洞并增强拦挡效果。反滤层与拦挡结构等高，所用石块可直接来源于坡体坡面环境整治产生的废弃材料。从理论分析，反滤层所用石块对粒径没有要求，一般越大越好，只要堆砌结实便能起到反滤作用。

上述防治系统的排水结构是布置在坡体边缘的截排水沟，包括布置在坡体倾斜坡面与两侧自然山体坡面交界处的侧截排水沟、或/与坡体顶部靠近坡肩处的上截排水沟、或/与坡体坡脚前方的下截排水沟，下截排水沟位于坡脚与拦挡结构之间。由于土体在水的作用下液化产流是泥石流形成的根本原因，因此控制坡面水源，使坡面土体与水分离是泥石流防治的重要技术思想。本系统中的排水结构是将可能流经坡面的水流引至坡面以外，沿坡体边缘排走，防止水流冲刷坡面土体从而维护坡面稳定。侧截排水沟主要作用在于收集与疏导弃土坡面及坡体两侧的径流，避免坡面上的弃土弃渣遭受径流冲刷。侧截排水沟过水深度与底宽采用最佳水力横断面法确定；上截排水沟具体位于坡体顶部靠近坡肩以上3～5m处，作用是拦截坡体上方汇流进入坡体的地表径流，避免顶部水流冲刷坡体影响坡体稳定；下截排水沟过水断面为梯形或矩形，两端承接侧截排水沟，其主要作用在于疏导坡体自身表面径流，避免因水源在拦挡坝前富集而降低坡体强度导致坡体失稳。

上述防治系统的护坡结构是布置在坡体坡面上的工程护坡结构、或/与植被护坡结构、或/与综合护坡结构。工程护坡结构、植被护坡结构、综合护坡结构都是坡面治理中现有技术，各有优劣。工程护坡能提高边坡的稳定性，对雨滴击溅和地表径流冲刷的防治效果好，但投资较大，易随弃土堆积体的不均匀沉降而破坏；生物护坡能较好控制水土流失，适应弃土堆积体的沉降变形，改善坡体周围生态环境效果显著，但在种植初期防治效果较差；综合护坡兼有工程护坡与植物护坡的优点，是在工程护坡措施间隙上种植植物，它不仅具有增加坡面工程的强度，提高边坡的稳定性的作用，而且具有绿化美化的功能（参考文件：戴金水、张玉昌、王坤堂，工程护坡与生物护坡，东北大学出版社，2008）。3种护坡结构的具体设计可根据坡体及周围地质环境选择确定。在坡体上布置护坡结构之前，首先根据填土高度进行分级削坡，保证坡体坡面坡度1.0:1.75~1.0:2.0，再在坡体上布置护坡结构。

本系统基于泥石流防治中的水土分离原理，在可能发生坡面泥石流的坡体周边布置截排水沟，通过沟道引水防止其对坡体的直接冲刷，减少坡面土体随水下滑的危险；同时在坡脚前方布置透水坝，使下滑至坡脚的水石、水土混合物能进一步实现水石分离，水通过透水坝的开孔流至透水坝以外，土石则淤停在透水坝以内，由此控制了坡体发生泥石流的可能。系统同时在坡体的临空坡面布置护坡结构，以稳定坡体减轻拦挡坝的压力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1）系统通过环绕坡体布置拦挡结构、排水结构与护坡结构综合性实施水土分离技术，有效防治坡面泥石流发生；（2）系统结构简单、取材方便；（3）基于反复实验，提供了合理的透水坝开孔孔径规格，保证了防治系统的功效发挥。

附图说明

图1是水石分离式泥石流防治系统结构示意图。

图2是水石分离式泥石流防治系统结构示意图（含反滤层）

图3是图2的AA剖面示意图。

图4是图2的BB剖面示意图。

图5是图2的CC剖面示意图。

附图中的数字标记分别是：

1坡体  2拦挡结构  21反滤层  22开孔  3排水结构

31侧截排水沟  32上截排水沟  33下截排水沟  4护坡结构

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图1～图5所示，用本实用新型提供的系统对蒲虹公路沿线弃土场实施泥石流防治。

四川省都江堰市蒲阳虹口旅游公路（简称蒲虹公路）为三级公路，全长23.8km，采用双向两车道标准，设计行车速度30km/h，路基宽6.5m；平曲弯道不设超高的最小半径为350m，平曲弯道不设加宽的最小半径为250m，停车视距30m。蒲虹公路沿线目前保留16个弃土场，主要分布于冲沟内（7个）、河岸坡地（5个）、坡面凹地（4个）三种地形区内。大部分弃土场容量小于10万m³，仅少数弃土场（3#、6#）的设计库容达到20万m³。其中已发生泥石流灾害有5个弃土场，存在发生滑坡泥石流隐患的弃土场9个。发生泥石流及可能发生泥石流的弃土场主要分布在冲沟内，也有分布在河岸边及坡面上。

本实例对存在滑坡泥石流隐患的9个弃土场进行泥石流防治。弃土场的主体是弃土堆积坡体，在本实施例中表述为坡体。

（1）防治系统整体结构

图1是水石分离式泥石流防治系统结构示意图。水石分离式泥石流防治系统环绕坡体1布置，包括拦挡结构2、排水结构3与护坡结构；拦挡结构2布置在坡体坡脚前沿，排水结构3布置在坡体1边缘，护坡结构布置在坡体1倾斜坡面上。

（2）拦挡结构

图2是水石分离式泥石流防治系统结构示意图（含反滤层）；图3是图2的AA剖面示意图。拦挡结构2是透水坝。透水坝坝体开孔22，每个孔径30~60cm。根据坡体1地质条件不同，孔径不同。对于砂岩类坡体1，透水坝坝体开孔22孔径30~40cm，对于灰岩类坡体1，透水坝坝体开孔22孔径40~60cm。透水坝坝体、基底均采用M7.5浆砌石砌筑，设计满足抗滑安全系数和抗倾覆安全系数应分别不小于1.3和1.5，坝体开孔总面积依透水坝常规设计方法计算确定。根据弃土场地形条件不同，拦挡结构2是梯级坝或单一坝体。

图4是图2的BB剖面示意图。拦挡结构2面向坡体1一侧布置由石块堆砌的反滤层21；反滤层21与拦挡结构2等高，厚100~200cm，采用石块50cm≤粒径≤100。

（3）排水结构

排水结构尽量修筑在自然山坡上，以避免弃土的不均匀沉降带来的不利影响。根据集水面积、产渗流系数以及降雨强度等确定排水结构的具体形式、布置方式与过水能力，设计洪水标准一般按10年一遇24h最大降雨强度。

排水结构3是布置在坡体边缘的截排水沟。截排水沟包括布置在坡体1坡面与两侧自然山体坡面交界处的侧截排水沟31、或/与坡体1顶部靠近坡肩处的上截排水沟32、或/与坡体1坡脚前沿的下截排水沟33；下截排水沟33位于坡脚与拦挡结构2之间。

布置在坡体1顶部靠近坡肩处的上截排水沟32具体布置在坡肩以上3~5m处。采用弃土夯筑，过水断面为梯形，规格0.4m×1.0m×0.3m（上顶×下顶×高）。

图5是图2的CC剖面示意图。侧截排水沟31过水断面为直角梯形，其邻自然山体侧的边坡坡比为1:1，邻坡体1侧的边坡坡比为1:0。截排水沟31采用浆砌石浇筑，过水深度与底宽采用最佳水力横断面法确定。

布置在坡体1坡脚正前方的下截排水沟33两端承接侧截排水沟31，采用浆砌石砌筑，过水断面为梯形或矩形，尺寸设计方法与其它截排水沟一致。

（4）护坡结构

坡体1坡面坡度1.0:1.75~1.0:2.0；护坡结构是布置在坡体1坡面上的工程护坡结构、或/与植被护坡结构、或/与综合护坡结构。针对本实施例中坡体比较松散、不均匀沉降等特性，护坡结构优先采用植物护坡结构或综合护坡结构。

Claims (10)

1.一种水石分离式泥石流防治系统，环绕坡体（1）布置，其特征在于：

包括拦挡结构（2）、排水结构（3）与护坡结构（4）；所述坡体拦挡结构（2）布置在坡脚前沿，排水结构（3）布置在坡体（1）边缘，护坡结构（4）布置在坡体（1）倾斜坡面上。

2.根据权利要求1所述的防治系统，其特征在于：所述拦挡结构（2）是透水坝。

3.根据权利要求1所述的防治系统，其特征在于：所述拦挡结构（2）是梯级坝或单一坝。

4.根据权利要求2或3所述的防治系统，其特征在于：所述透水坝坝体开孔（22），每个孔径30~60cm。

5.根据权利要求4所述的防治系统，其特征在于：对于砂岩类坡体（1），透水坝坝体开孔（22）孔径30~40cm；对于灰岩类坡体（1），透水坝坝体开孔（22）孔径40~60cm。

6.根据权利要求1所述的防治系统，其特征在于：所述拦挡结构（2）面向坡体（1）一侧布置由石块堆砌的反滤层（21）；所述反滤层（21）与拦挡结构（2）等高，厚100~200cm，采用石块50cm≤粒径≤100cm。

7.根据权利要求1所述的防治系统，其特征在于：所述排水结构（3）是布置在坡体边缘的截排水沟。

8.根据权利要求7所述的防治系统，其特征在于：所述截排水沟包括布置在坡体（1）坡面与两侧自然山体坡面交界处的侧截排水沟（31）、或/与坡体（1）顶部靠近坡肩处的上截排水沟（32）、或/与坡体（1）坡脚前沿的下截排水沟（33）；所述下截排水沟（33）位于坡脚与拦挡结构（2）之间。 

9.根据权利要求8所述的防治系统，其特征在于：所述侧截排水沟（31）过水断面为直角梯形，其邻自然山体侧的边坡坡比为1:1，邻坡体（1）侧的边坡坡比为1:0。

10.根据权利要求1所述的防治系统，其特征在于：所述坡体（1）坡面坡度1.0:1.75~1.0:2.0；所述护坡结构（4）是布置在坡体（1）坡面上的工程护坡结构、或/与植被护坡结构、或/与综合护坡结构。 

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