泥石流流量计算书
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第二节泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(QP)泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:QP=0.278KiF (2-1)式中:Q P —清水洪峰流量(m3/s)F—流域面积(km2);i—1h 面雨量(mm);K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(QC)按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量QC计算Q C (1 C)Q P D C2-2)式中:QC—频率为P的泥石流峰值流量(m3/s);QP—频率为P的暴雨洪水设计流量(m3/s);C —泥石流泥沙修正系数, C ( C S)/( H C);C—泥石流容重(t/ m3);S—清水的比重(t/ m3),取值为1.0;H—泥石流中固体物质比重(t/ m3),取值为2.65;DC—泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,多为半经验或经验公式。
一片区各泥石流均属稀性泥石流,本报告选用西北地区(铁一院)公式:目前泥石流流速计算公式稀性泥石流的流速计算公式vc(15.3/ )H2c3I3c8(2-5)式中:vc——泥石流断面平均流速(m/s);Hc——泥石流流体水力半径(m),可近似取其泥位深度;Ic——泥石流流面纵坡比降(‰);——阻力系数。
利用以上公式计算的一片区2 条泥石流沟峰值流速结果见表5-4表5-4 热藏龙哇、龙藏沟泥石流峰值流速计算结果表第四节一次泥石流过流总量一次泥石流总量Q计算,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,将其过程概化成五角形,按下式计算:Q K T Q C式中:K-与流域面积相关的系数;T-泥石流历时,取1200s 计算结果见下表5-5 。
泥石流流量、流速的测定和计算
泥石流流量、流速的测定和计算
1 流量的计算
(1)形态调查法
Qm=Fmum 19.3-1
式中Qm—泥石流流量(m3/s);
Fm—泥石流体的横断面面积(m2);
um—泥石流流速(m/s)。
【例题17】某地平均每11年发生一次泥石流,泥石流流体的横断面面积为20m2 ,泥石流流速为3.5m/s,按形态调查法进行计算,根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)中有关泥石流分类规定,该泥石流为( )。
A、Ⅰ1;
B、Ⅰ2;
C、Ⅱ1;
D、Ⅱ2;
答案:D
【解答】根据题意有:Fm=20m2;um=3.5m/s;
按形态调查法计算:Qm=Fmum=20×3.5=70m3/s;界于30~100 m3/s之间,属于第二个亚类,即Ⅰ2或Ⅱ2;
另外,平均每11年发生一次,属低频泥石流Ⅱ;故应选择Ⅱ2,答案为D。
1.泥石流水文参数计算1.1 计算断面的确定泥石流计算断面的选择主要为流域内典型断面。
1.2 计算公式和参数主要计算公式及参数取自《四川省水文手册》、《泥石流灾害防治工程设计规范》(DZ/T0239-2004)以及《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DT/T0220-2006)。
根据泥石流防治工程的需要,对泥石流流体重度、流速、流量、一次冲出量、一次固体冲出物质总量、泥石流整体冲压力、爬高、最大冲起高度、弯道超高等进行计算和校核。
1.3 主要参数校核1.3.1 短历时暴雨公式当t<1小时 H tp=S p·t1-n1P n1p=a1+b1·lgp当t=1-24小时 H tp=S p·t1-n2p n2p=a2+b2·lgp S p=H24p·24n2p-1 1.3.2 长历时暴雨公式当T=1-7日 H Tp=H24p·T mp m p=a+b·lgp式中:H tp——短历时t小时的设计暴雨量(mm);H Tp——长历时t日的设计暴雨量(mm);H24p——年最大24小时的设计暴雨量(mm);n1p、a1、b1——短历时(t<小时)设计暴雨的公式指数及其参数;n2p、a2、b2——短历时(t=1-24小时)设计暴雨公式指数及其参数;m p、a、b——长历时(t=1-7日)设计暴雨的公式指数及其参数,据四川省水文手册附图2-9、2-10查得a=0.45, b=0.01;p——设计频率(%);S p——设计暴雨雨力(mm/小时);计算结果见下表:单位:mm 表1-1各种历时设计暴雨量1.3.3 洪水①洪峰流量计算由于棉簇沟泥石流无洪水实测资料,只能用间接法求得洪峰流量,根据暴雨资料,用推理公式计算最大流量,计算成果汇总见表1-1,基本公式:Q P=0.278 ψ· F·S/τn产流参数采用公式:u=(1-n)n(n/(1-n))(S/h n)(1/(1-n))=3.6·F-0.19汇流参数采用公式:m=0.318·θ0.204式中: Q P ——最大流量(m3/s);ψ——洪峰径流系数,ψ=1-τn·μ/ S P;τ——流域汇流时间(小时),τ=τ0·ψ-1/(4-n);τ0——当ψ=1的汇流时间,τ0= 【0.383/(m/θS P1/4)】4/(4-n);m——汇流参数,m=0.055θ0.72;S P——设计暴雨雨力(mm/小时),S P=H24P·24n2p-1;n——暴雨公式指数;F——集水面积(km2),取1.5km2;θ——流域特征系数,θ= L/(J1/3F1/4);L——沟道长度(km),取1.5km;J——平均坡降(‰),取193.0‰;其余参数见上述。
泥石流流量、流速的测定和计算
泥石流流量、流速的测定和计算
1 流量的计算
(1)形态调查法
Qm=Fmum 19.3-1
式中Qm—泥石流流量(m3/s);
Fm—泥石流体的横断面面积(m2);
um—泥石流流速(m/s)。
【例题17】某地平均每11年发生一次泥石流,泥石流流体的横断面面积为20m2 ,泥石流流速为3.5m/s,按形态调查法进行计算,根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)中有关泥石流分类规定,该泥石流为( )。
A、Ⅰ1;
B、Ⅰ2;
C、Ⅱ1;
D、Ⅱ2;
答案:D
【解答】根据题意有:Fm=20m2;um=3.5m/s;
按形态调查法计算:Qm=Fmum=20×3.5=70m3/s;界于30~100 m3/s之间,属于第二个亚类,即Ⅰ2或Ⅱ2;
另外,平均每11年发生一次,属低频泥石流Ⅱ;故应选择Ⅱ2,答案为D。
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:V231 1C R Ia nc0.51 110 .5a 1式中: a——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数,;HR——水力半径(m) ,2.5m;IC——泥石流水力坡度(‰),用沟床纵坡代替;1n——清水河床糙率系数;c——泥石流泥沙修正系数,H c ;c ——泥石流容重(t/m3),为 1.68t/m3 ;w ——清水容重(t/m3),1.0t/m3;H ——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:Q c 1 Q DpcQ式中: c ——频率为P 的泥石流洪峰值流量(m3/s);Qp——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;c ——泥石流容重(t/m3),为 1.68t/m3 ;w ——清水的重度(t/m3 ),为 1.0;H ——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。
泥石流设计流量中的容重的计算方法
泥石流设计流量中的容重计算是一个复杂的过程,它涉及到多个因素,包括泥石流中固体颗粒的密度、水的密度、颗粒间的空隙率等。
下面是一个简化的计算方法,用于估算泥石流设计流量中的容重。
容重(γ)的计算公式通常可以表示为:
γ = γs × (1 - n) + γw × n
其中:
γs 是固体颗粒的密度(单位:kg/m³)
γw 是水的密度(单位:kg/m³),通常取值为 1000 kg/m³
n 是空隙率(单位:无单位),表示泥石流中空隙体积占总体积的比例
空隙率 n 的计算通常基于经验公式或实验数据。
一个常用的经验公式是:
n = 1 - (γs / γmix)
其中:
γmix 是泥石流的混合密度(单位:kg/m³),可以通过现场测量或估算得到
请注意,上述公式仅提供了一个基本的估算方法,实际的容重计算可能需要根据具体的泥石流特性和环境条件进行调整。
在实际应用中,建议参考相关的工程手册、规范或咨询专业工程师以获取更准确的计算结果。
泥石流分析及流量求解1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(CQ )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量C Q 计算。
CP C C D Q Q •+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;CD —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
一片区各泥石流均属稀性泥石流,稀性泥石流的流速计算公式本报告选用西北地区(铁一院)公式:38c c c v H I α=23(15.3/) (2-5)式中:cv ——泥石流断面平均流速(m/s );c H ——泥石流流体水力半径(m ),可近似取其泥位深度;cI ——泥石流流面纵坡比降(‰);α——阻力系数。
第二节 泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(CQ )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q ∙+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;CD —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表沟名及编号 设计频率 K i (mm) F (km 2) Qp (m 3/s) Dc C φQc (m 3/s) 热藏龙哇沟2%0.820.31.67.221.10.51112.001%21.9 7.80 12.97 龙藏沟2% 0.820.3 0.5192.34 1.1 0.3333.43 1%21.92.533.71第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
第二节 泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(CQ )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q •+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;C D —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
一片区各泥石流均属稀性泥石流,稀性泥石流的流速计算公式本报告选用西北地区(铁一院)公式:38c c c v H I α=23(15.3/) (2-5)式中:cv ——泥石流断面平均流速(m/s );c H ——泥石流流体水力半径(m ),可近似取其泥位深度;cI ——泥石流流面纵坡比降(‰);α——阻力系数。
第二节 泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(C Q )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
C P C CD Q Q ∙+=)1(φ (2-2) 式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=; C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;CD —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表沟名及编号 设计频率 K i (mm) F (km 2) Qp (m 3/s) Dc C φQc (m 3/s) 热藏龙哇沟2%0.820.31.67.221.10.51112.001%21.9 7.80 12.97 龙藏沟2% 0.820.3 0.5192.34 1.1 0.3333.43 1%21.92.533.71第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
泥石流分析及流量求解1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(C Q )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q ∙+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;CD —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表沟名及编号 设计频率 K i (mm) F (km 2) Qp (m 3/s) Dc C φQc (m 3/s) 热藏龙哇沟2%0.820.31.67.221.10.51112.001%21.9 7.80 12.97 龙藏沟2% 0.820.3 0.5192.34 1.1 0.3333.43 1%21.92.533.71第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
第二节 泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(CQ )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q •+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;C D —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表沟名及编号 设计频率 K i (mm) F (km 2) Qp (m 3/s) Dc C φQc (m 3/s) 热藏龙哇沟2%0.820.31.67.221.10.51112.001%21.9 7.80 12.97 龙藏沟2% 0.820.3 0.5192.34 1.1 0.3333.43 1%21.92.533.71第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
(1)泥石流流量1)本次根据铁一院西北地区公式计算百年一遇暴雨洪峰清水流量。
其计算公式(1)如下:(1)式中:P Q —设计清水流量(m 3/s );1k —产流因子,按式(2)计算:1k =0.278ηS P F (2)其中:η—暴雨点面折减系数,查表取值为1;S P —设计暴雨参数(mm/h ),取本地区小时最大降雨量40.6mm ;F —汇水面积(km 2);2k —损失因子,按式(3)计算:2k =R(ηS P ) 11-r (3)其中: R —损失系数,查表得1.1;r 1—损失系数,查表得0.76;3k —造峰因子,按公式(4) 、公式(5)计算:(4) (5)x —河槽与山坡综合汇流因子,由河槽汇流因子K 1和山坡汇流因子K 2而定,即由公式(6)、(7)、(8)计算:x =K 1+K 2 (6)(7) (8)其中: L —主河槽长度,由显著河槽起点到出口断面的距离(km );()yn n P x k k k Q '-'⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=113211n k kr n c n n 22111--=='()()n n n n k '-'-'-'-=2135.01135.01111278.0J A L K =333.0225.05.022278.0J A F L K =A 1—主河槽流速系数,根据断面扩散系数a 0和系数m 1值,查表得0.134,a 0可在出口断面附近选取有代表性的断面,量取其1m 水深时相应河宽之半值;m 1为主河槽沿程平均糙平系数;A 2—坡面流速系数,查表得0.01;J 1—主河槽平均坡度,相当于河槽起点到出口断面平均坡度,西石门沟平均纵坡降为120‰;L 2—流域坡面平均长度(km ),按式(9)计算:(9)其中:∑i l —为河流中支叉河沟的总长(km );J 2—流域坡面平均坡度(‰),可取若干有代表性的坡面,取其算术平均值;y —反映流域汇流特征的指数,按式(10)计算:(10)2)泥石流流量计算公式如下:Q C =(1+Φc )Q B (1%)D c Φc =式中: Q c —频率为P 的泥石流洪峰值流量(m 3/s );Q B (1%)—频率为P 的洪峰清水流量(m 3/s ); Φc —泥石流泥砂修正系数;γc —泥石流容重(t/m 3),根据泥石流数量化评分直接查得; γs —清水的比重(t/m 3),取1.0;γ—泥石流中固体物质比重(t/m 3),取2.6;()∑+=i l L FL 18.121246.1112.351.05.02121++-=K K KK g y Ch SC γγγγ--D—泥石流堵塞系数,取值范围1.1。
第二节 泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(CQ )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q •+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;C D —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
一片区各泥石流均属稀性泥石流,稀性泥石流的流速计算公式本报告选用西北地区(铁一院)公式:38c c c v H I α=23(15.3/) (2-5)式中:cv ——泥石流断面平均流速(m/s );c H ——泥石流流体水力半径(m ),可近似取其泥位深度;cI ——泥石流流面纵坡比降(‰);α——阻力系数。
泥石流运动参数特征值计算方法——以xxxxx村泥石流沟为例摘要:文章在前期地质调查基础上,对治理区泥石流运动参数进行了详细计算,包括泥石流流量、流速、整体冲击力、冲起高度、弯道超高等,并对该泥石流沟提出治理建议。
关键词:泥石流;运动参数1,前言泥石流是山区特有的一种不良地质现象,由暴雨或上游冰雪消融形成的携带有大量泥土和石块的间歇性洪流。
具有突然发生、来势凶猛、历史短暂、破坏力强的特点。
沿途冲毁道路桥梁,淹没房屋农田,阻塞河道,在顷刻间造成巨大灾害,应该要注意防范。
泥石流勘查指在收集已有资料的基础上,结合测绘、勘探(钻探、物探等)、试验等手段,对泥石流活动区域进行的有关泥石流的形成、活动、堆积特征、发展趋势与危害等方面的各种实地调查、综合分析与评判,为泥石流防治方案的选择和防治工程的设计提供基础资料。
其中泥石流运动特征值的包括流量、流速、冲击力、弯道超高等,泥石流的这些运动参数不仅反映了泥石流的规模、强度和流体性质, 其确定方法和计算结果还直接决定着泥石流防治建筑物的类型、结构和尺寸,是泥石流研究和防治工程设计的基础。
2,治理区概况2.1 治理区位置治理区位于xxxxx西北方向,处于xxxxxx风景区,行政区划上隶属于xxxxx 镇。
中心点坐标为北纬xxxxxx,东经xxxxxx。
该地区分布有S213省道(xxx公路),交通较为便利。
2.2 地质环境背景(1)地形地貌:治理区地处燕山南麓,属低山丘陵地区,海拔标高+240~487m。
总体地形北高南低,相对高差90~180m,治理区沟谷发育,呈“V”型及“U”型,谷宽20~60m。
沟谷两侧山体坡度较陡,自然坡度角区约为55~75°,部分岩质边坡近乎直立,沟床纵坡15°,单沟沟谷为南北向,沟谷内第四系坡积,残积物较厚,植被较发育。
图1 治理区地形地貌图(2)地层岩性:治理区一带区域地层,除第四系坡积,洪积层外,主要为侏罗系中上统髫髻山期岩浆岩,成分主要为安山岩,分布广,厚度大,斑状结构,块状构造,杏仁构造,同时存在少量粗安岩,粗面岩,火山碎屑岩。
第二节 泥石流流量计算1)频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q )泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。
此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为:P Q =0.278KiF (2-1) 式中:P Q —清水洪峰流量(m ³/s ) F —流域面积(km ²); i —1h 面雨量(mm );K —汇流系数,查青海省水文图集,取为0.8。
2)频率为P 的泥石流峰值流量计算(CQ )按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数,按下列公式进行泥石流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q •+=)1(φ (2-2)式中:C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(m ³/s );P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量(m ³/s );C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=;C γ—泥石流容重(t/ m ³);S γ—清水的比重(t/ m ³),取值为1.0;H γ—泥石流中固体物质比重(t/ m ³),取值为2.65;C D —泥石流堵塞系数,取1.1。
利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。
表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表沟名及编号 设计频率 K i (mm) F (km 2) Qp (m 3/s) Dc C φQc (m 3/s) 热藏龙哇沟2%0.820.31.67.221.10.51112.001%21.9 7.80 12.97 龙藏沟2% 0.820.3 0.5192.34 1.1 0.3333.43 1%21.92.533.71第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一,目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。
一片区各泥石流均属稀性泥石流,稀性泥石流的流速计算公式本报告选用西北地区(铁一院)公式:38c c c v H I α=23(15.3/) (2-5)式中:cv ——泥石流断面平均流速(m/s );c H ——泥石流流体水力半径(m ),可近似取其泥位深度;cI ——泥石流流面纵坡比降(‰);α——阻力系数。
利用以上公式计算的一片区2条泥石流沟峰值流速结果见表5-4。
表5-4 热藏龙哇、龙藏沟泥石流峰值流速计算结果表沟名及编号 设计频率 αcH (m)cI (‰) cv (m/s ) 热藏龙哇沟 P=2% 1.534 0.30 0.273 2.747 P=1% 0.4 3.327 龙藏沟P=2% 1.3720.30 0.3153.243 P=1%0.353.594第四节一次泥石流过流总量一次泥石流总量Q 计算,根据泥石流历时T (s )和最大流量CQ (m3/s ),按泥石流暴涨暴落的特点,将其过程概化成五角形,按下式计算:CQ T K Q ⋅⋅= (2-3)式中:K-与流域面积相关的系数;T-泥石流历时,取1200s 。
计算结果见下表5-5。
第五节一次泥石流固体冲出物一次泥石流固体冲出物按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DT/T0220-2006)附录I 提供的计算公式进行计算:)/()(w H w c H Q Q γγγγ--=式中H Q —一次泥石流冲出固体物质总量(m3);Q—一次泥石流过程总量(m3)c γ—泥石流重度(t/m3); w γ—水的重度(t/m3);H γ—泥石流固体物质的重度(t/m3)。
表5-5 热藏龙哇、龙藏沟泥石流沟过程总量及一次固体物质总量计算结果表 分类 沟名计算频率 C Q (m 3/s)T (s)Q (m 3)H Q (m 3)热藏龙哇沟 2% 12.00 1200 3803.56 1286.29 1% 12.97 1200 4107.84 1389.20 龙藏沟2% 3.43 1200 1088.28 368.04 1%3.7112001175.34397.48第六节泥石流整体冲压力泥石流整体冲压力计算公式:αγλδsin 2c cV g= (2-6)式中:δ—泥石流整体冲击压力(Pa ); g —重力加速度(m/s2);α—建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角,取90°; λ—建筑物形状系数,方形为1.47,矩形为1.33,圆形为1.0;cV —泥石流断面平均流速(m/s );计算结果见下表5-6。
表5-6 热藏龙哇、龙藏沟泥石流冲击压力计算结果表沟名γC (kN/m 3)V C (m/s)g α(°) λ δ(kPa)热藏龙哇沟 15.3 3.326 9.8 90 1.33 14.71 龙藏沟13.83.2439.8901.3313.99第七节泥石流爬高和最大冲起高度1、泥石流最大冲起高度1H ∆计算公式:gV H c 221=∆ (2-7)2、泥石流爬高2H ∆计算公式:g V g V b H cc 228.02≈⋅=∆ (2-8)式中:b —迎水面坡度的函数。
计算结果见下表5-7。
表5-7 热藏龙哇、龙藏沟泥石流爬高和冲起高度计算结果表沟名 V C (m/s) 爬高ΔH(m) 冲起高度ΔH(m)热藏龙哇沟 3.326 0.450.56龙藏沟3.2430.43 0.54第八节泥石流弯道超高由于泥石流流速较快,惯性较大,故在弯道凹岸处有比水流更加显著的弯道超高。
计算弯道超高的公式:23212.3lg(/)c H V g R R ∆=⋅ (2-9)式中:3H ∆—弯道超高值(m );2R —凹岸曲率半径(m); 1R —凸岸曲率半径(m ); c V —流速(m/s ); g —重力加速度(m/s 2)。
计算结果见下表5-8:表5-8 热藏龙哇、龙藏沟泥石流弯道超高计算结果表 沟名 V C (m/s) R 2(m)(凹)R 1(m) Δh(m) 热藏龙哇沟 3.326 35 16 0.88 龙藏沟3.24327 140.71第六章防治方案第一节防治原则、依据一、防治目标与原则根据热藏龙哇沟、龙藏沟泥石流的形成特征、危害形式、危害程度、发展趋势,泥石流防治总的目标是减轻泥石流灾害对规划区的危害。
具体目标:1、根据泥石流的危害性及危险性大小,确定本治理工程措施为永久性工程,各项治理工程必须安全可靠,通过治理,使泥石流治理工程在设计频率、规模的泥石流发生时,不再造成危害。
2、治理工程措施是针对泥石流类型、活动规律等进行,各项工程包括稳拦、排导等配合使用,综合治理,保证安全。
3、应建立可行的后的泥石流动态,以保施工安全,为今后泥石流的治理效果监测和灾害预警提供依据基泥石流监测网络,适时监控治理过程中和治理础数据。
为此,治理工程措施应遵循安全可靠、技术可行、经济合理、施工方便、与环境协调的原则。
5)遵循泥石流自身的特点和规律,因地制宜,防、治结合,综合防治。
二、防治依据(一)规范依据1、中国地质调查局《泥石流灾害防治工程设计规范》(DT/T0239-2004);2、中华人民共和国地质矿产行业标准《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DT/T0220-2006);3、中国地质调查局《滑坡、崩塌、泥石流灾害详细调查规范》(1:50000);4、中国人民共和国地质矿产行业标准《崩塌、滑坡、泥石流监测规程》(DT/T0223-2004);5、国务院2003年394号令下发的《地质灾害防治条例》;6、《混凝土结构设计规范》(GBJ50010-2002);7、《建筑抗震设计规范》(GBJ50011—2010);8、中华人民共和国水利部《砌石坝设计规范》(SL25—2006);9、中华人民共和国水利电力部《浆砌石坝施工技术规定》(SD120-84);10、《城市防洪工程设计规范》(CJJ50-92);11、《砌体结构设计规范》(GB50003-2001);12、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011);13、《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013);14、《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001;15、《建筑变形测量规程》(JGJ/T8~97)。
第二节防治方案分析一、防治总体方案对热藏龙哇沟、龙藏沟应急防治工程提出拦挡、排导相结合的综合防治方案。
拦排结合防治方案即在全面研究区内泥石流发育特征及危害程度的基础上,从泥石流形成源头及松散固体物质补给来源入手,在主沟内修建拦挡坝,固沟稳坡,拦蓄泥石流固体物质,降低排导沟的排泄压力和沟内泥沙淤积量。
(1)热藏龙哇沟拦挡坝:根据热藏龙哇沟泥石流沟内沟道物源特征,拟在沟道中上游修建一座格宾石笼坝,沟下游修建重力式拦挡坝。
排导槽:在热藏龙哇沟沟口下游各修建一条排导槽,把泥石流排入麦秀河。
(2)龙藏沟根据龙藏沟,沟道物源较少,且植被覆盖率较高,泥石流爆发时主要为高含沙的洪流,因此简易修建一条排导槽进行治理。
二、防治工程类型和措施分析(一)拦挡工程功能分析本次防治工程设计中下游段坝体结构采用抗剪切、抗冲击力强的拦挡坝,以增加其安全可靠程度。
治理区流域内泥石流补给物质主要位于主沟段,泥沙补给段比较集中,一些地段沟道开阔,具备良好的库容条件,采取沟内拦挡工程将产生巨大的拦砂效益和稳坡护岸作用,抬高沟床,稳定沟岸,从而减少其对泥石流的固体物质补给,起到很好的泥石流防治效果,这种措施在泥石流防治中广泛采用,并取得了良好的防治效果和防治经验,成为泥石流灾害防治中拦挡坝的主要形式。
根据沟内地形、地质条件,本次设计在热藏龙哇沟道中下游段选择采用混凝土重力式拦挡坝和格宾石笼坝。
(二)拦挡工程结构分析(1)热藏龙哇沟本次施工图设计布设拦挡坝共计2座,其构筑物形式为1座格宾石笼坝,1座C25混凝土坝体,均采用坝顶溢流的形式。
本次设计的拦挡坝地面以上有效坝高(不含溢流口高度)在1.6—3.2m,以最大限度的拦蓄泥沙为目的。
坝顶设置溢流口,溢流口宽度依据泄流量及沟床宽度确定。
坝基础埋深根据坝址处地层、地质条件和地面以上坝高以及满足抗滑、抗倾覆稳定性要求确定。
如不满足稳定性需求时,可根据需求适当加深基础埋深,以能够达到稳定性要求为宜。
坝肩结合槽根据各拦挡坝坝址处坝肩的地层岩性条件和工程地质条件确定。
碎石土层坝肩嵌入深度不小于2-3m,并确保坝肩结合良好,以满足坝体的稳定性要求。
由于热藏龙哇沟内布置的2拦挡坝坝基处于沟道碎石土中,坝肩处于松散堆积物中,且多处变形垮塌,为防止坝基冲刷和保护坝肩及拦挡两侧沟岸坍塌物,在坝肩两侧设翼墙。
第七章防治工程设计第一节设计参数设计参数是工程设计的重要依据,它的分析计算是设计工作的一项主要内容,其正确与否直接关系到工程的安全性、可靠性和投资的经济合理性。