[發明專利]一種泥石流臨界體積濃度的計算方法

有效

• 申請號: 201710588536.3
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107133434B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 屈永平
• 申請（專利權）人: 四川建筑職業技術學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 孫杰;劉凱

本發明公開了一種泥石流臨界體積濃度的計算方法，該方法通過震區泥石流溝的野外調查手段，確定震區泥石流溝的泥石流固體容重γ_S，水體的容重γ_W，泥石流溝道坡度α，泥石流溝道縱比降J，泥石流溝道糙率系數n，泥石流溝道堆積物的內摩擦角θ，泥石流流深H，泥石流的粘滯系數η；將所獲得的參數帶入計算公式，可以獲得泥石流起動過程的泥石流臨界體積濃度，該方法適用于震區泥石流體積濃度預測。與現有技術相比，本發明基于嚴密的理論推導，能更準確的得到震區泥石流體積濃度的變化情況，為震區泥石流防治工程的設計提供依據，其運用簡單、高效，可滿足地質災害預防需要。

技術領域

本發明屬于泥石流防治工程設計應用技術領域，特別涉及一種泥石流臨界體積濃度的計算方法。

背景技術

泥石流主要由水體和固體顆粒等固、液兩相組成，即泥石流的體積濃度主要由泥石流體中固體顆粒的含量百分比及其固體顆粒級配等共同決定，且泥砂起動的最大固體顆粒計算公式和體積濃度與泥石流的容重關系，當泥石流的體積濃度C大于極限體積濃度C_C時，則泥石流侵蝕溝道堆積物。因此，強震區泥石流的體積濃度特征是泥石流防治的研究重點。

泥石流的體積濃度變化特征與溝道縱比降，泥石流流速以及溝道的糙率等因素相關。泥石流體積濃度不僅反映了泥石流起動過程中的固體物質侵蝕特征，而且反映了沖蝕起動泥石流溝道堆積物的地表徑流的流體性質。泥石流體積濃度也是泥石流容重的表針參數，泥石流動力學性質的主要參數之一。泥石流任意流深的體積濃度是不相同的，泥石流的體積濃度與其流深、流速呈連續函數關系。例如，2013年“7.10”特大暴雨期間，羊店1組后山坡面泥石流3條溝道均發生泥石流，通過現場配方法和查表法分別得到暴發過程中的泥石流體積濃度為58％和43.6％，通過黏粒百分含量和粗顆粒百分含量得到泥石流暴發過程中的體積濃度約為41.2％。2008年“9·26”洪災和2010年“8·14”洪災期間牛圈溝發生大規模泥石流，其中侵蝕的物源量分別為17.15×10⁴m³和14.87×10⁴m³，牛圈溝泥石流松散固體物源中以碎塊石為主，通過現場配方法得到暴發過程中的泥石流體積濃度為47.3％，通過黏粒百分含量和粗顆粒百分含量得到的泥石流暴發過程中的體積濃度約為38.8％。

泥石流的體積濃度反映了泥石流流體的物理特征，泥石流固體顆粒含量反映了泥石流在起動、暴發過程中的流體濃度；現行的泥石流體積濃度主要通過室內實驗和現場取樣獲取，其著重點在于研究泥石流固體顆粒在泥石流體中的百分含量特征。基于泥石流溝道斷面參數和泥石流溝道堆積物物理性質的臨界體積濃度模型能快速獲取體積濃度參數，在震區泥石流防治的使用能高效、便捷的推廣到設計單位和生產單位。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述存在的問題，提供一種泥石流臨界體積濃度的計算方法，解決強震區泥石流溝道堆積物起動過程中溝道縱比降和泥石流流深與泥石流臨界體積濃度的關系，構建基于泥石流流深和溝道堆積物物理性質的泥石流臨界體積濃度預測模型，并進行實例運用，為震區泥石流防治提供新方法，適用于泥石流防治實際工程的需要。

本發明技術的技術方案實現方式：一種泥石流臨界體積濃度的計算方法，其特征在于：將震區泥石流的溝道特征和泥石流溝道堆積物的物理性質應用于震區泥石流起動過程的臨界體積濃度預測，其具體計算方法如下：

A.通過獲取震區泥石流溝道的參數，確定泥石流溝的溝道坡度α，泥石流溝道縱比降J，泥石流溝道堆積物容重γ_S，泥石流體中水的容重γ_W，泥石流溝道堆積物的內摩擦角θ，泥石流流深H，泥石流溝道的糙率系數n，泥石流的粘滯系數η；

B.通過以下公式確定震區泥石流起動時的臨界體積濃度，單位％，