[發明專利]一種泥石流攔砂壩設計高度的測算方法

有效

• 申請號: 202010545515.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111639385B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 陳劍剛;栗帥;陳曉清;趙萬玉;陳華勇;王喜安
• 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: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;E02B7/02
• 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: 張端陽

本發明公開了一種泥石流攔砂壩設計高度的測算方法。所述測算方法首先分別確定泥石流溝道寬度、攔砂壩最大允許高度、攔砂壩后控制性回淤水平長度、原始溝床比降和泥沙沖出量，然后初步擬定攔砂壩高度，所得參數代入回淤比降和攔砂壩后回淤水平長度計算公式，接著將計算到的回淤水平長度與控制性回淤水平長度進行比較，確定是否進行下一輪計算，進而最終確定攔砂壩設計高度。該方法以考慮泥沙沖出量的攔砂壩回淤比降為基礎，綜合考慮泥沙沖出量、原始溝床比降、溝道寬度、攔砂壩后回淤比降、攔砂壩后回淤水平長度與攔砂壩設計高度之間的影響，同時能夠通過切實可行的方法獲得具體的計算參數，為泥石流攔砂壩設計提供依據，適應實際工程設計需要。

技術領域

本發明涉及泥石流防治工程領域，特別涉及一種泥石流攔砂壩設計高度的測算方法。

背景技術

山洪泥石流災害是中國山區地質災害的主要類型之一。隨著山區經濟的發展和人民安全風險防范意識的不斷增強，對山洪泥石流溝道進行工程治理的需求越來越旺盛。攔砂壩作為重要的泥石流防災減災工程，廣泛應用于工程實踐中。

在攔砂壩設計過程中，壩高、回淤比降是決定攔砂壩庫容計算精度的關鍵因素。現有的《泥石流防治指南》中，針對攔砂壩壩高的確定僅給出了“當淤積庫容等于多年累計淤積量時對應的壩高為工程設計所需的壩高，或按照一次或幾次典型泥石流沖出固體物質總量確定壩高的方法”這樣定性的描述，而缺乏定量的針對攔砂壩壩高的計算方法；現行《泥石流防治工程設計規范》中，對壩高的要求僅做出以下一般規定，壩高宜按有效使用期和地形地質條件確定，攔砂壩壩高一般為5m-20m，谷坊壩壩高一般低于5m，也沒有針對壩高的設計給出定量的測算方法。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種泥石流攔砂壩設計高度的測算方法，以考慮泥沙沖出量的攔砂壩回淤比降為基礎，綜合考慮了泥沙沖出量、原始溝床比降、溝道寬度、攔砂壩后回淤比降、攔砂壩后回淤水平長度與攔砂壩設計高度之間的影響，同時能夠通過切實可行的方法獲得具體的計算參數，為泥石流攔砂壩設計提供依據，適應實際工程設計需要。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

本發明提出一種泥石流攔砂壩設計高度的測算方法，以考慮泥沙沖出量的攔砂壩后回淤比降為基礎，壩后回淤比降計算方法的推導過程如下：

現有的研究和工程應用中普遍認為攔砂壩后回淤比降與原始溝床比降存在正相關關系：

S_dep＝K·S_init 公式1

式中，S_init為原始溝床比降(-)，S_sep為攔砂壩后回淤比降(-)，K為回淤比降折減系數(-)。

通過分析實驗結果發現：對于流體密度為1300-2100kg/m³的泥石流，回淤比降折減系數主要受泥沙沖出量、原始溝床比降、攔砂壩高度、溝道寬度的影響。從而有：

K＝g(H,B,V_d,S_init) 公式2

式中，H為攔砂壩高度(m)，B為溝道寬度(m)，V_d為泥沙沖出量(m³)，指沖出泥沙全部停淤時形成的淤積體體積，其它參數含義同前。

選擇H、B和S_init為基本物理量，通過量綱分析有：

接下來，確定公式3的具體表達形式。根據試驗數據，通過多元回歸擬合得到：

式中，參數含義同前，該公式更適用于滿庫工況下弗勞德數為2.0-6.0、流體密度為1300-2100kg/m³的泥石流。聯立公式1和公式4有：