泥石流动力特征计算.doc

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1、3.3.2泥石流的力学特征(1)容重泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量

2、化评分（N）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为1.68t/m3。(2)泥石流流速泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。流速VC按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算:式中：——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，；R——水力半径(m)，2.5m；IC——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；——清水河床糙率系数；——泥石流泥沙修正系数，；——泥石流容重（t/m3）

3、，为1.68t/m3；——清水容重（t/m3），1.0t/m3；——泥石流中固体物质重度（t/m3）。根据以上计算公式，泥石流的平均流速为8.28m/s。(3)泥石流流量泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。①雨洪法假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量(计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量：式中：——频率为P的泥石流洪峰值流量（m3/s）；——频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/s）；——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为0.71；——泥石流容重（t/m3），为1.6

4、8t/m3；——清水的重度（t/m3），为1.0；——泥石流中固体物质重度；DC——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为1.5。表3-8泥石流阵流堵塞系数DC值表堵塞程度严重堵塞中等严重堵塞轻微堵塞无堵塞Dc值>2.52.5～1.51.5～1.11.0按照雨洪法，利用泥石流流量公式计算所得的泥石流最大流量如下表（表3-9）所示：表3-9雨洪法计算最大流量沟名项目某泥石流沟流域面积F(km2)35沟长L(km)11.25平均坡降J(‰)222泥沙修正系数0.71设计频率p(%)25暴雨洪峰流量QP(m3/s)87.4972.54泥石流峰值流量Qc（m3/s）224.43186

5、.06②形态调查法在泥石流沟道中选择2-3个测流断面，仔细查找泥石流过境后留下的痕迹，然后测量这些断面上的泥石流流面比降（若不能由泥痕确定，则用沟床比降代替）、泥位高度Hc（或水力半径）和泥石流过流断面面积等参数。用相应的泥石流流速计算公式，求出平均流速Vc后，即用下式求泥石流断面峰值流量Qc：式中：Qc——泥石流断面峰值流量（m3/s）；Wc——泥石流过流断面面积（m2），取流通区平均沟道宽8m，水力半径为2.5m，过流断面面积为20m2；Vc——泥石流断面平均流速（m/s），为8.28m/s。用上式计算的泥石流断面峰值流量Qc为165.66m3/s。(4)一次泥石流过程总量计

6、算一次泥石流总量Q可通过计算法和实测法确定。实测法精度高，但因往往不具备测量条件，只是一个粗略的概算。计算法根据泥石流历时T（s）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按下式计算Q（m3），泥石流历时T取1200s：Q=0.264TQc=KTQc一次泥石流冲出的固体物质总量QH（m3）：根据该公式，在计算频率为20年一遇的情况下，某泥石流沟一次泥石流冲出的最大固体物质总量为41850m3；在计算频率为50年一遇的情况下，一次泥石流冲出的最大固体物质总量为50480m3。(5)泥石流整体冲压力泥石流冲击力是泥石流防治工程设计的重要参数。采用规范

7、推荐的泥石流体整体冲压力计算公式：式中：——泥石流整体冲压力；——泥石流容重，1.68t/m3；——泥石流流速，8.28m/s；——建筑物受力面与泥石流冲击压力方向的夹角，取90o；——重力加速度；λ——建筑物形状系数，圆形建筑物取1.0，矩形建筑物取1.33，方形建筑物取1.47。本次建筑物主要以矩形为主，λ取1.33。通过该公式的计算，泥石流的整体冲压力约15.64×104Pa。(6)泥石流体中大石块的最大流速按照规范，用以下经验公式计算：式中：Vs——泥石流中大石块的移动速