[發(fā)明專利]一種水平式泥石流攔砂壩長度確定計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910622548.2
• 申請日: 2019-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN110334455B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周宏偉;吳佳俊;梁煜峰;潘龍陽;姜蕊;王佳美;費(fèi)文平
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/28;G06F30/20;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明提出了一種水平式泥石流攔砂壩長度確定計(jì)算方法，屬于泥石流攔砂壩尺寸確定技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過簡化泥石流在壩體上運(yùn)動(dòng)形式后進(jìn)行參數(shù)修正的方法，簡單準(zhǔn)確得到壩體長度。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)確定參數(shù)對于攔砂壩性能的影響情況，并進(jìn)行定性定量分析。本發(fā)明的應(yīng)用性強(qiáng)、通用性全面，因此可以全面推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于泥石流攔砂壩尺寸確定技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于水平式泥石流攔砂壩單壩情況下壩長計(jì)算。

背景技術(shù)

泥石流是一種典型的固液兩相流，一般發(fā)生在松散物質(zhì)較多、降雨較豐富的山區(qū)溝谷中。泥石流中含有大量粒徑不同的固體物質(zhì)，小至粘粒大至1米以上的巨石，在重力作用驅(qū)使下，由水和固體物質(zhì)混合而成的流體在溝谷中的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)到10m/s以上，沖擊力極大，對下游的建筑物造成巨大的威脅。汶川地震之后，西南地區(qū)的泥石流災(zāi)害明顯增多，對泥石流的防治工作顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的實(shí)體攔砂壩和豎向透過性壩，在攔截泥石流的過程中，壩面與泥石流運(yùn)動(dòng)方向大致呈90°，在攔擋泥石流時(shí)所受的沖擊力較大，對攔砂壩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求比較高。水平式攔砂壩是一種新型的水平式水石分離結(jié)構(gòu)，開孔率高，透過性好，具有避免泥石流巨大沖擊力的優(yōu)勢，利用泥石流自身重力作用對其進(jìn)行篩分的功能，通過對泥石流的攔粗排細(xì)作用，將粗大顆粒攔蓄在庫內(nèi)，細(xì)小顆粒輸移至下游，大大減輕了庫容壓力，有利于提高壩體的庫容利用率，可以抵擋多次泥石流災(zāi)害，有著優(yōu)異的攔擋性能。

壩長是攔砂壩結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，前人對水平式攔砂壩壩體長度的確定尚未進(jìn)行探討，壩長的不確定會(huì)導(dǎo)致攔砂壩對泥石流的防治能力過剩或者不足的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于水平式泥石流攔砂壩壩體上運(yùn)動(dòng)簡化的壩體長度計(jì)算方法，以泥石流在壩體上的最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離作為攔砂壩壩體長度，并以實(shí)測值進(jìn)行修正，最終得到水平式泥石流攔砂壩壩體長度計(jì)算方法。

攔砂壩壩體長度與泥石流在壩體上的運(yùn)動(dòng)過程有關(guān)，壩體長度可以看做泥石流在壩體上的最遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)距離，而泥石流在壩體上的運(yùn)動(dòng)過程主要受到濾水排砂作用和減速導(dǎo)向作用的影響。格柵間距的大小控制著濾水排砂效果，格柵傾角漸變度影響著對泥石流的導(dǎo)向作用，泥石流的入口速度直接影響著泥石流在壩體上運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)距離，以上分析可知，格柵長度主要受到格柵間距、格柵傾角漸變度以及泥石流入口速度的影響。這幾種因素在攔砂壩壩體長度計(jì)算過程中應(yīng)該起到一定的作用(附圖T1為水平式泥石流攔砂壩結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸示意圖)。

泥石流在壩體上的運(yùn)動(dòng)主要分為橫向和縱向(壩體長度方向)兩部分，其中決定壩體長度的主要是泥石流縱向的運(yùn)動(dòng)距離，泥石流在壩體上運(yùn)動(dòng)會(huì)出現(xiàn)兩種極限狀況：其一、由于泥石流翻越格柵需要克服外力速度減小，當(dāng)泥石流速度小于臨界速度時(shí)不可以繼續(xù)翻越格柵，而是在重力作用下逐漸運(yùn)動(dòng)到攔砂壩兩側(cè)的停積場；其二、盡管泥石流速度仍然大于臨界速度，但由于格柵導(dǎo)向作用泥石流已經(jīng)運(yùn)動(dòng)至攔砂壩邊緣。對于這兩種情況，在入口速度相同的情況下，顯然第二種情況運(yùn)動(dòng)距離更長一些，對應(yīng)的攔砂壩長度也更長。(附圖T2為壩體上泥石流運(yùn)動(dòng)模擬示意圖)

對水平式泥石流攔砂壩壩體長度的計(jì)算，主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分：

①建立縱向運(yùn)動(dòng)方程先將泥石流縱向運(yùn)動(dòng)簡化為勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為：

L＝v₀×t (1)

式中：L為壩體縱向長度(m)；v₀為泥石流入口流速(m/s)；t為泥石流在格柵導(dǎo)向作用下運(yùn)動(dòng)到格柵兩側(cè)邊緣的時(shí)間(s)，此處t＝nt₀。

②建立橫向運(yùn)動(dòng)方程泥石流在壩體上的橫向運(yùn)動(dòng)可以簡化為沿格柵方向的初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)，其主要內(nèi)容為：

第一格：v₁＝a₁t₀；