泥石流动力特征计算.doc

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），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）——清水的重度（t/m3） ——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 D值 2.5 2.51.5 1.5～1.1 1.0 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 项目 某泥石流沟 流域面积F (km2) 35 沟长L(km) 1.25 平均坡降J(‰) 222 泥沙修正系数 0. 设计频率p(%) 2 5 暴雨洪峰流量QP(m3/s) 72.54 泥石流峰值流量Qc（m3/s） ②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8 m，水力半径为2.5 m，过流断面面积为20 m2； 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165.66 m3/s。 (4)一次泥石流过程总量计算 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1200 s： 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.