CN207498907U - 一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，包括地桩，所述地桩的外壁上安装有水平消能片和垂直消能片，水平消能片和垂直消能片均垂直固定在地桩的外壁上，并且水平消能片和垂直消能片相互间隔设置并位于地桩的同一高度。本实用新型弥补了现有研究中未考虑通过工程措施来减缓泥石流弯道的超高现象，且能够在一定程度上减缓泥石流过弯时的爬高、超高，从而对凸岸台地上的村庄起到保护作用，其原理可靠，造价低，易于安装，可广泛用于泥石流的沟道防治之中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种泥石流防治技术，具体涉及一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置。
背景技术
泥石流是广泛分布于我国山区、危害严重的一种常见的自然灾害。而泥石流在通过蜿蜒沟道时会出现明显的凹岸超高、凸岸淤积的现象。现技术手段所能获取的仅有泥石流的过弯超高值的计算，Knapp在上世纪五十年代便通过受力平衡的原则，对弯道超高进行了研究。Lenau假定截面为梯形建立了弯道超高公式。日本学者水山高久开展了泥石流的弯道水槽实验，提出了稀性泥石流过弯道的超高公式。Hungr统计了野外泥石流泥痕，修正了水山高久公式中的系数。周必凡从泥石流沿弯道运动时的受力状况入手，在受力平衡的基础上，推导了弯道超高的计算公式。吴积善则对泥石流在直道中的爬高进行了研究并推导了计算公式。Iverson根据大型水槽实验的结果对利用超高现象来反演泥石流流速的方法进行了验证。Crosta通过野外勘测得到了总长7km的沟道泥痕数据，推算了流速值。他认为野外泥石流流动同实际沟谷泥石流的运动情况具有较大的偏差。蒋忠信推导了泥石流弯道超高的公式和基于弯道超高的流速计算公式，并结合两个实例检验了该公式。陈宁生通过流体静力学的基本原理建立泥石流在过弯角速度不等的情况下泥深与流速的关系方程。Prochaska认为实验室的模拟得到的公式无法完全运用到大尺度的泥石流研究中。他总结了大量利用泥石流超高反算流速的案例，得到了不同流体属性下计算泥石流流速的公式，但结果的相关系数较低(结果介于0.24-0.47)。通过对以上结果的实验分析，总结了各个公式的优缺点，发现针对不同容重的泥石流，可以取不同的计算公式计算其爬高值，从而使得到的计算误差较小，也给出了不同性质泥石流弯道超高值与幅度角的关系。
上表为目前误差最小的泥石流超高值计算公式(经实验验证)
目前研究多集中于对弯道超高值得计算问题，计算结果相对成熟。但尚未有研究考虑泥石流过弯爬高的危害问题，所以对应地设计出的结构无法缓解泥石流过弯爬高现象。而在2012年8月的一次泥石流野外科考时发现泥石流龙头经过弯道产生剧烈的爬高，翻过沟道并对沟岸上的村庄进行破坏，并造成了严重的人员伤亡。因此，在泥石流沟的适当位置处对泥石流过弯爬高进行一定的工程防治势在必行。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有的泥石流防治措施中未考虑减缓泥石流过弯龙头爬高的问题，也没有缓解泥石流过弯爬高现象的结构，其目的在于提供一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，该装置主要起到减轻泥石流灾害的作用，弥补了现有研究中未考虑通过工程措施来减缓泥石流弯道的超高现象，且能够在一定程度上减缓泥石流过弯时的爬高、超高，从而对凸岸台地上的村庄起到保护作用。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，包括地桩，所述地桩的外壁上安装有水平消能片和垂直消能片，水平消能片和垂直消能片均垂直固定在地桩的外壁上，并且水平消能片和垂直消能片相互间隔设置并位于地桩的同一高度。目前尚未有研究考虑泥石流过弯爬高的危害问题，所以对应地设计出的结构无法缓解泥石流过弯爬高现象。而实际上泥石流龙头经过弯道时会产生剧烈的爬高，其翻过沟道后会造成严重的破坏和人员伤害，所以本方案是在泥石流沟的适当位置处对泥石流过弯爬高进行一定的工程防治措施，将地桩垂直安装在沟道外沿，布置时水平消能片呈水平状态，而垂直消能片呈铅垂状态，利用水平消能片和垂直消能片对泥石流进行引导和消除能量，起到减轻泥石流灾害的作用，弥补了现有研究中未考虑通过工程措施来减缓泥石流弯道的超高现象，且能够在一定程度上减缓泥石流过弯时的爬高、超高，从而对凸岸台地上的村庄起到保护作用。
经过验证，水平消能片的数量和垂直消能片的数量最佳为两块，而且两块水平消能片和两块垂直消能片呈十字形固定在地桩的外壁上。其消能效果达到最佳，能够最大程度减轻泥石流灾害的作用。
为了起到对泥石流浆体减速的作用，在水平消能片的表面设置有若干个凹槽，如同齿坎状结构，可用钢筋混凝土或者钢材制造，垂直消能片为中间镂空的格栏板，可用钢筋制造，主要为通过中空结构，阻碍泥石流中大颗粒的超高运动，将浆体滤过，液体本身的超高现象并没有泥石流这类三相体的超高现象剧烈。
为了增强耐磨性，在地桩的顶部固定有球锁，对地桩进行保护，同时为了将相邻的消能装置连接在一起，还在地桩的外壁上固定有若干根钢索，且水平消能片和垂直消能片设置在球锁和钢索之间。这样使得消能装置能够连接为整体，提高了整体稳定性，从而减轻泥石流灾害的作用更明显。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本实用新型弥补了现有研究中未考虑通过工程措施来减缓泥石流弯道的超高现象，且能够在一定程度上减缓泥石流过弯时的爬高、超高，从而对凸岸台地上的村庄起到保护作用，其原理可靠，造价低，易于安装，可广泛用于泥石流的沟道防治之中。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型组合使用的示意图；
图2为本实用新型结构示意图；
图3为水平消能片的俯视图；
图4为水平消能片的侧视图；
图5为垂直消能片的正视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-球锁，2-水平消能片，3-钢索，4-垂直消能片，5-地桩。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例：
如图2至图5所示，一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，包括地桩5，地桩5直径为3cm，上方长度由沟道边壁的地质条件决定，若沟道边壁为基岩，则深入基岩10cm固定即可；若沟道边壁为碎石土，则需加长至基岩位置内5cm固定，在地桩5的顶部固定有直径为5cm的球锁1，在地桩5的外壁上安装有两块水平消能片2和两块垂直消能片4，两块水平消能片2和两块垂直消能片4呈十字形垂直固定在地桩5的外壁上，并且水平消能片2和垂直消能片4相互间隔设置并位于地桩5的同一高度。
水平消能片2的表面设置有若干个凹槽构成表面齿坎状结构，可用钢筋混凝土或者钢材制造，起到对泥石流浆体减速的作用。垂直消能片4为中间镂空的格栏板，可用钢筋制造，主要为通过中空结构，阻碍泥石流中大颗粒的超高运动，将浆体滤过(液体本身的超高现象并没有泥石流这类三相体的超高现象剧烈)。
安装时地桩5的外壁上固定有若干根钢索3，且水平消能片2和垂直消能片4设置在球锁1和钢索3之间。所有消能装置置于沟道边壁，相互之间通过钢索3相连接，其结构可为钢筋混凝土。使用时，将地桩5底埋置于泥石流沟道的凸岸边壁处，并且通过灌浆等方式将该消能装置牢牢固定于沟道边壁之上，然后两块水平消能片2呈水平布置，设置有凹槽的面朝上，两块垂直消能片4铅垂布置，当发生泥石流时，该消能结构的四块消能片可以将冲击过来的泥石流浆体拦挡，并且将力由地桩5传递至基岩处，进而降低了泥石流的冲击动能。桩顶固定球锁1的主要作用为增加结构的平衡性、增强结构的耐磨性。钢索3布置在消能片下方，通过钢索3将所有的消能装置进行连接，提高了整体稳定性，也增加了本装置系统的寿命。
本消能装置由于采用消能叶进行消能，为保证其相互之间的间距可以通过较大粒径的泥石流颗粒，起到阻碍泥石流浆体的作用，因此规定桩与桩之间的间距不小于35cm。
合理布置消能装置：根据研究结果，得到不同性质的泥石流其过弯爬高的现象并不相同。因此本消能装置的布置方案特征有：
(1)消能装置的行数布置：原则上取θ＝0.1、0.2……、1.0(间隔0.1)共10列，若沟道半径值过大，则可取θ＝0.1、0.15……、1.0(间隔0.05)共20列；
(2)消能装置的横向布置：通过当地的水文地质资料，确定该泥石流沟可能爆发泥石流的性质(容重、粘聚力、内摩擦角等)、该泥石流沟中拟布置本消能装置的沟道特征参数(沟道内外半径值)，以上资料的获取主要用于通过表1中归纳的公式来计算泥石流弯道超高值。
通过特征参数分析出该区域爆发泥石流的类型，对不同类型的泥石流进行分类。根据行数布置的原则，将沟道边壁分为了10列或20列，则每一列所需要布置消能装置的个数按照以下方法计算。
若为稀性泥石流(1200～1600kg/m3)，则先通过上式1计算得到其弯道超高最大值H，消能装置的布置高度h1随θ的变化值为：
h1＝(-0.0013sin2θ+0.122sinθ+0.2299)·H 式3
若为粘性泥石流(1600～2300kg/m3)，则消能装置的布置高度h2随θ的变化值为：
h2＝(-0.0023sin5θ+0.039sin4θ-0.2449sin3θ+0.7029sin2θ-0.8153sinθ+0.7508)·H
式5
将计算得到的h值通过下式计算得到某纵列应该布置消能装置的个数为：
如图1所示，将布置好的消能装置两两通过钢索3连接，即可完成本消能装置的布置.
该装置弥补了现有研究中未考虑通过工程措施来减缓泥石流弯道的超高现象，且能够在一定程度上减缓泥石流过弯时的爬高、超高，从而对凸岸台地上的村庄起到保护作用，本实用新型原理可靠，造价低，易于安装，可广泛用于泥石流的沟道防治之中。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，其特征在于，包括地桩(5)，所述地桩(5)的外壁上安装有水平消能片(2)和垂直消能片(4)，水平消能片(2)和垂直消能片(4)均垂直固定在地桩(5)的外壁上，并且水平消能片(2)和垂直消能片(4)相互间隔设置并位于地桩(5)的同一高度。
2.根据权利要求1所述的一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，其特征在于，所述水平消能片(2)的数量和垂直消能片(4)的数量均为两块，两块水平消能片(2)和两块垂直消能片(4)呈十字形固定在地桩(5)的外壁上。
3.根据权利要求1所述的一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，其特征在于，所述水平消能片(2)的表面设置有若干个凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，其特征在于，所述垂直消能片(4)为中间镂空的格栏板。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，其特征在于，所述地桩(5)的顶部固定有球锁(1)。
6.根据权利要求5所述的一种减缓泥石流弯道爬高的消能装置，其特征在于，所述地桩(5)的外壁上固定有若干根钢索(3)，且水平消能片(2)和垂直消能片(4)设置在球锁(1)和钢索(3)之间。
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| CN111539163A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-14 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种计算泥石流弯道超高值的方法 |
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