[發明專利]一種粘性泥石流的沖擊力測算方法及其應用

在審

• 申請號: 201810010786.3
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108563807A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 唐金波;胡凱衡;陳劍剛;胡旭東
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 王璐瑤

本發明公開了一種粘性泥石流的沖擊力測算方法及其應用。所述測算方法首先通過樣品實驗篩分確定泥石流體中最大顆粒粒徑和中值粒徑，然后通過取樣實測確定泥石流體密度和泥石流運動速度，最后計算得到粘性泥石流沖擊力。本發明方法綜合考慮了泥石流顆粒級配的影響，通過水槽實驗修正了動水壓沖擊力計算公式的經驗系數，其計算所需參數能夠通過野外調查、取樣和實驗分析來獲得，能夠合理確定粘性泥石流運動的沖擊力，為泥石流防治工程設計提供依據，適應泥石流實際工程設計需要。

技術領域

本發明涉及一種粘性泥石流的沖擊力測算方法，及其在泥石流攔擋工程設計中的應用。

背景技術

泥石流是中國山區一種常見的地質災害。近年來，在趨于增強的地震活動擾動下，加之全球氣候變化導致的極端天氣顯著增加，泥石流活動非常活躍，重大泥石流災害頻繁發生，人民生命財產安全受到嚴重危害和威脅。為了保障山區經濟的可持續發展，泥石流防治治理就顯得十分必要。

泥石流沖擊力是泥石流防治工程設計中不可缺少的參數。由于粘性泥石流結構性強，具有很強的直進性，因此高速運動的粘性泥石流對泥石流攔擋工程及下游堆積扇的建筑物具有極強的沖擊破壞能力。目前，針對粘性泥石流沖擊力的計算主要是通過修正動水壓進行，但這些計算公式中并沒有具體考慮粘性泥石流體顆粒級配的影響。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種粘性泥石流的沖擊力測算方法，該方法綜合考慮了泥石流顆粒級配的影響，通過水槽實驗修正了動水壓沖擊力計算公式的經驗系數，其計算所需參數能夠通過野外調查、取樣和實驗分析來獲得，能夠合理確定粘性泥石流運動的沖擊力，為泥石流防治工程設計提供依據，適應泥石流實際工程設計需要。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

本發明提出一種粘性泥石流的沖擊力測算方法，所述測算方法的技術思想及推導過程如下：泥石流運動沖擊力的取值規范了泥石流過流時的攔擋工程及結構物的受力特性。粘性泥石流被認為是一種特殊的固、液兩相流，其流動形態、動力來源和阻力功耗等與水流相似。類比于水流，粘性泥石流沖擊力計算公式與水流沖擊力計算公式具有相關性，結合水力學中水動壓沖擊力公式，故粘性泥石流沖擊力的表達公式應具有統一性，即

P＝Kρv² 公式1

公式1中，P為粘性泥石流沖擊力，單位Pa；ρ為粘性泥石流密度，單位kg/m³；v為粘性泥石流運動流速，單位m/s；K為修正系數，綜合反映了泥石流本身的材料屬性。

下一步，確定粘性泥石流沖擊力的修正系數K。泥石流本身由一種寬級配顆粒材料及水充分混合組成。粘性泥石流體中，粗顆粒的沖擊力為泥石流整體沖擊力的主要貢獻部分，因此修正系數K應包含泥石流顆粒級配中的最大粒徑d_max。為了使得量綱和諧，進一步選取中值粒徑d₅₀無量綱化最大粒徑d_max。由于泥石流的破壞性很強，在野外進行沖擊力的測量非常困難，本發明通過水槽實驗獲取的實驗數據進行擬合得到以下關系

將公式2帶入公式1得到粘性泥石流沖擊力計算公式為

本發明考慮了粘性泥石流顆粒級配的影響，提出了一種粘性泥石流沖擊力的計算方法。具體而言，所述粘性泥石流的沖擊力測算方法步驟如下：

(一)現場調查采集泥石流樣品，通過實驗篩分得到泥石流顆粒級配曲線，根據顆粒級配曲線確定泥石流體中最大顆粒粒徑d_max和泥石流體中值粒徑d₅₀、單位均為m。