[發明專利]一種小流域溝道堆石體失穩的計算方法

在審

• 申請號: 201710333473.7
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN106951725A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 唐川;樂茂華;卜祥航;周偉;朱靜;李為樂;常鳴
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 趙凱

1.一種小流域溝道堆石體失穩的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、選取小流域溝道單寬堆石體進行受力分析，繪制堆石體臨界狀態受力圖，分析在溝道爆發泥石流的情況下，溝道內堆石體的重力及其所受到的起動力和阻抗力；設定小流域溝道單寬堆石體在沿平行于溝道方向上受上游流體的沖壓力為P、在沿平行于溝道方向上的重力分量為Wsinθ；設定小流域溝道單寬堆石體在沿平行于溝道方向上的顆粒摩擦力為f，在垂直于溝道方向上受溝床支持力為N、在垂直于溝道方向上重力分量為Wcosθ；

b、根據式1計算泥石流流速V_C，根據力學理論推導小流域堆石體的判別計算式，在溝道泥石流爆發時，溝道內堆石體重力W通過式2計算；

式中，γ_H—泥石流中固體物質比重，單位t/m³；—泥石流泥沙修正系數；n—清水河床糙率系數，可通過水文手冊查得；R—水力半徑，單位m，可用平均水深代替；I—泥石流水力坡度，單位‰，可用溝床縱坡代替；

W＝(γ_s-γ_w)h_t 式2

W—溝道內堆石體重力；γ_s—堆石體飽和重度，單位kN/m³；γ_w—水重度，單位kN/m³；h_t—堆石體高，單位m；

堆石體所受到的起動力包括沿平行于溝道方向上受上游流體的沖壓力P和沿平行于溝道方向上的重力分量Wsinθ，P通過式3計算，堆石體所受到的起動力通過式4計算，堆石體所受到的阻抗力通過式5計算；

式中，P—沿平行于溝道方向上受上游流體的沖壓力，單位kPa；γ_c—泥石流容重，單位kN/m³；g—重力加速度，單位m/s²；V_c—泥石流斷面平均流速，單位m/s；λ—受力面形狀系數，圓形取1.0，矩形取1.33，方形取1.47；α—受力面與泥石流沖壓力方向的夾角，單位度；g—重力加速度，單位N/kg；

τ_d＝(γ_s-γ_w)h_tsinθ+P 式4

式中，τ_d—堆石體所受到的起動力；θ—溝床坡度，單位度；

τ_f＝(γ_s-γ_w)h_tcosθ·tanφ 式5

式中，τ_f—堆石體所受到的阻抗力；Φ—內摩擦角，單位度；

c、根據力學平衡條件，當堆石體所受到的起動力大于堆石體所受到的阻抗力時，堆石體失穩；得到溝道內堆石體失穩的判別計算式為式6；

當F_s＞1時，堆石體靜止；當F_s＜1時，堆石體起動；當F_s＝1時，堆石體處于臨界狀態。

2.根據權利要求1所述的一種小流域溝道堆石體失穩的計算方法，其特征在于：適用于潰決型泥石流防治工程，將得到的失穩判別值作為潰決型泥石流啟動的判別依據之一。

3.根據權利要求1所述的一種小流域溝道堆石體失穩的計算方法，其特征在于：適用于震區堵塞體碎石含量大于50％的泥石流溝。