[發明專利]一種凸形坡溝道中泥石流侵蝕量估算方法

在審

• 申請號: 201910368084.7
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110333046A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 趙晉恒;李浦;邢大鵬;陳芷儀;陳杰;徐曉苡;劉春艷;何毅;代萍;劉慶東
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司技能培訓中心;四川電力職業技術學院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N33/24;E03F3/04;E03F1/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李英

1.一種凸形坡溝道中泥石流侵蝕量估算方法，其特征在于，包括以下步驟：

分析總結現有的泥石流侵蝕理論，得到泥石流侵蝕強度的影響因子；然后開展水槽實驗，引入特征量來描述凸形坡溝道的形態變化；確定相關參數，得到溝道中存在凸點時泥石流的侵蝕特征量。

2.根據權利要求1所述的一種凸形坡溝道中泥石流侵蝕量估算方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)分析總結現有的泥石流侵蝕理論

根據Takahashi et al.(1986)提出的侵蝕率計算公式：

可知侵蝕率E與泥石流泥深與顆粒中值粒徑的比值h/d、泥石流在一定坡度溝道中極限顆粒物濃度c_*、平衡顆粒物濃度c_e和當前泥石流濃度c、泥石流流速ν有關；

(2)開展水槽實驗

設計一水槽實驗，模擬泥石流侵蝕凸形坡溝道，水槽中A點為凸點，凸點轉折角為α，實驗中考慮底床密實度的影響，引入γ₁/γ_bed項，其中γ₁上游泥石流來流的容重，γ_bed為底床鋪土的容重；

(3)利用模擬流體從凸點A上方沿坡道OA流下，針對泥石流溝道凸點A下游段侵蝕前后的差異，引入描述前后削坡速率的特征量Δα：

水槽中凸點下游斜坡為AB段，侵蝕后斜坡為DE段，初始坡度為α₁，侵蝕后的坡度為α₂，AB段初始點為最大侵蝕深度為E_max1，沿程的侵蝕差異可以用來描述，上游OA的初始坡度為θ，AB段侵蝕前后的削坡速率E_i1、E_j1為AB段任意兩點i、j的侵蝕深度，I₁為i、j兩點的距離；

(4)凸形坡溝道中凸點侵蝕深度和削坡速率的確定

由于水槽底床土體較為干燥，因此土體強度參數僅考慮土體的摩擦角φ，AB段初始點最大侵蝕深度E_max1和削坡速率的特征量Δα，與上游段OA的初始坡度，以及泥石流來流性質ρ,ν,h以及底床土體性質有關，對于最大侵蝕深度E_max1，初始床面傾角θ為下滑因子，反映坡面整體的不穩定性，土體摩擦角φ為抗滑因子，反映坡面土體的強度和穩定性，引入凸點處局部土體的不穩定系數tanθ/tanφ，侵蝕強弱與不穩定系數tanθ/tanφ大小正相，對于削坡速率的特征量Δα，類似的可以認為削坡強弱與不穩定系數tanα₁/tanφ大小正相關，因此可假定：

上述兩個公式變形，并引入連個函數E、F得到：

式1、3中a為無量綱的實驗參數，式2、4中b的量綱為m^-1，b的物理意義是沿泥石流流動方向相距一單位距離的底床兩點的侵蝕量差異，反映了一定時間內的坡段削坡速率的大小，通過多組實驗結果，得到函數E與變量tanθ/tanφ的關系曲線，以及函數F與變量tanθ/tanφ的關系曲線，進而確定a、b值，由此得到最終的公式為：

其中，E_m1代表AB段最大的侵蝕深度。

3.根據權利要求2所述的一種凸形坡溝道中泥石流侵蝕量估算方法，其特征在于，步驟(2)中，所述水槽與水平面夾角為θ，水槽底床覆蓋模擬土體，土體OA段與水平面夾角為θ，AB段下游為BC段，BC段與水平面夾角為θ。

4.根據權利要求3所述的一種凸形坡溝道中泥石流侵蝕量估算方法，其特征在于，所述水槽內設有數個泥位計、容重測量點和速度測量點。

5.根據權利要求2所述的一種凸形坡溝道中泥石流侵蝕量估算方法，其特征在于，步驟(2)中，α分別設定為15°、25°、35°。