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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： a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()5.0111+Φ=H a γ；R ——水力半径(m)，2.5m ；IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；n ——清水河床糙率系数；Φ——泥石流泥沙修正系数，()()c H c γγγγω--=Φ；c γ——泥石流容重（t/m3），为m3；w γ——清水容重（t/m3），m3；H γ——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：c Q ——频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3/s ）； p Q ——频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3/s ）；Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为；c γ——泥石流容重（t/m3），为m3；w——清水的重度（t/m3），为；γ——泥石流中固体物质重度；HDC ——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为。
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。
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。
泥石流运动特征参数计算刘丹【摘要】泥石流运动特征参数主要包括容重、流速、流量和冲击力等.这些参数不仅反映了泥石流自身特性,还影响后期泥石流治理,是泥石流研究和防治工程设计中的一项重要内容.目前,国内关于运动特征参数的计算方法主要有理论公式、经验公式、半经验公式和实验公式.本文介绍了泥石流工程中运动特征参数计算的常用方法,分析了各自特点和适用范围,为了使各项参数取值更加符合实际,还应当考虑现场勘测和试验结果.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2017(043)005【总页数】3页(P82-84)【关键词】泥石流;运动特征;参数【作者】刘丹【作者单位】四川建筑职业技术学院土木工程系,四川德阳 618000【正文语种】中文【中图分类】P642.23泥石流是一种典型的固液两相流[1]，也是一种常见的山地灾害，一旦发生，将会造成较大的人员伤亡和经济损失。
目前，泥石流的防治措施主要有两种：工程措施和生物措施。
文献[2]指出：泥石流的物理力学参数随机性大，属于典型的不良复杂地质，这给后期的防治工作带来挑战。
崔鹏[3]认为由于基础资料相对缺乏，泥石流沟的各种特征参数计算不够准确，有时甚至导致泥石流工程治理失败。
泥石流运动特征参数主要包括泥石流容重、流速、流量和冲击力等。
泥石流运动特征参数的合理选取，是泥石流研究和工程防治设计的一项重要内容。
目前，国内关于运动特征参数的计算方法主要有理论公式、经验公式、半经验公式和实验公式。
本文介绍了泥石流工程中运动特征参数计算的常用方法，分析了各自特点和适用范围，以期为泥石流防治工程设计中运动特征参数的合理取值提供借鉴。
计算断面的选取原则有：①出于工程防治措施和公路设施的考虑，桥位处断面一般都应该选择在内；②出于计算断面特点的关系，特殊断面一般选择为计算断面，如弯道处、大跌水处、断面急剧变化处等；③出于分析泥石流汇流特征的考虑，支沟交汇处一般选择在内；④出于布置工程措施的考虑，一般适合布置防治措施的绝佳位置也会考虑在内。
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：a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()5.0111+Φ=H a γ；R ——水力半径(m)，2.5m ；IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；n 1——清水河床糙率系数；Φ——泥石流泥沙修正系数，()()cHcγγγγω--=Φ；cγ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3；wγ——清水容重（t/m3），1.0t/m3；Hγ——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：c Q——频率为P的泥石流洪峰值流量（m3/s）；pQ——频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/s）；Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为0.71；cγ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3；wγ——清水的重度（t/m3），为1.0；Hγ——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165.66m3/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。
采用规范推荐的泥石流体整体冲压力计算公式：式中：δ——泥石流整体冲压力；γ——泥石流容重，1.68t/m3；cV——泥石流流速，8.28m/s；ca——建筑物受力面与泥石流冲击压力方向的夹角，取90o；G——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度（m/s）；α——全面考虑摩擦系数、泥石流容重、石块比重、石块形状系数、沟床比降等因素的参数。
3.5≤α≤4.5，平均α=4.0；dmax——泥石流堆积物中最大石块粒径（m），为2.5m。
通过计算，泥石流大石块的最大速度为6.32m/s。
(7)泥石流中石块冲击力泥石流中石块冲击力的计算参照以下公式（吴积善，《泥石流及其综合治理》1993）：式中：Pd——为泥石流中石块的冲击力（Pa）；γ——动能折减系数，对于圆端正面撞击，采用γ=0.3；Vc——泥石流平均流速（m/s），为8.28m/s；Q——石块质量（kg），按最大粒径2.5m来算；α——受力面与泥石流冲击力方向的夹角，取90°；C1、C2——巨石及拦挡圬工的弹性变形系数，C1+C2=0.005。
根据该公式，泥石流中石块的冲击力为14.35Kpa。
(8)泥石流最大冲起高度与爬高∆根据规范推荐公式为：泥石流最大冲起高度H∆为：由于泥石流在爬高过程中受到沟床阻力的影响其爬高H式中：b——为迎面坡的函数。
通过计算，泥石流的最大冲起高度为3.5m，爬高为2.8m。
根据以上的计算，将泥石流各动力参数的计算结果汇总于表3-11。
表3-11泥石流动力学参数计算结果(3)、泥石流动力学参数计算A 、流速计算：据勘查所得泥石流流体水力半径、纵坡、沟床糙率及重度等参数计算；也可按泥石流的性质和所在地域，选择适合的地区性经验公式计算。
泥石流流速是决定泥石流动力学性质的最重要参数之一。
目前泥石流流速计算公式为半经验或经验公式，概括起来一般分为稀性泥石流流速计算公式、粘性泥石流计算公式和根据泥石流中大石块运动速度推算泥石流流速等三种办法。
a 、稀性泥石流流速计算公式VC=1/a ·n 1R 32·IC 21…………………………………(2—2—1) 式中：VC ——泥石流断面平均流速（m ／s ）；1/a=1/(γH ·Φ＋1)1/2-----泥石流中由含沙量变化而引起的流速修正系数，查表2—3--1…R ——水力半径（m ），一般可用平均水深H （m ）代替；IC ——泥石流水力坡度（‰），一般可用沟床纵坡代替。
n 1——清水河床糙率系数，查当地水文手册或查铁路桥渡勘测设计规范（TBJ17--86）。
表2—2--1；泥石流河道河床清水糙率表b、粘性泥石流流速计算公式n——粘性泥石流的河床糙率，用内插法由表2—2—2查得。
c表2—2—2粘性泥石流河床糙率c nc、泥石流中石块运动速度推算泥石流流速计算公式在缺乏大量实验数据和实测数据阶情况下，为便于以堆积后的泥石流冲出物最大粒径大体推求石块运动速度推算泥石流流速的经验公式：Vs＝k·√dmax……………………………….…………..（2—2—2）式中：V——泥石流中大石块的移动速度推算泥石流流速（m／s）；sd——泥石流堆积物中最大石块的粒径（m）；m axk——全面考虑的摩擦系数（泥石流重度、石块密度、石块形状系数、沟床比降等因素）。
变化范围3.5～5.5，B、流量计算：泥石流流量可采用形态调查法（据泥痕勘测所得的过流断面面积乘以流速）或雨洪法（按暴雨洪水流量乘以泥石流修正系数）确定。
暴雨小径流的地区性经验公式较多，暴雨洪水流量应采用适合当地的经验公式计算。
a、形态调查法在泥石流沟道中选择2—3个有代表性的过流断面。
查找泥石流过境后留下的痕迹，然后确定泥位。
最后测量这些断面上的泥石流流面比降（若不能由痕迹确定，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，求出断面平均流速VC后，即可用下式求泥石流断面峰值流量QC。
QC＝WC·VC…………………………………………………….（2—2—3）式中：WC——泥石流过流断面面积（m2）；VC——泥石流断面平均流速（m／s）。
雨洪法假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，计算断面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前题下建立的计算方法。
其计算步骤是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(计算方法查阅水文手册)，然后选用泥石流重度和堵塞系数，按式I-2计算泥石流流量。
QC=（1十Φ）QP·DC……………………………………………..（2—2—4）式中：QC——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）；根据各省水文手册中给出的计算公式计算，或用下式QB=0.278r×i×F计算式中：r——按小时平均雨强（毫米/小时）设计，用实测最大小时雨强校核iB——产水系数。
植被具有保水功能，降雨后入渗少，产水系数与雨强的大小和植被的多少呈正变，与松散土层的厚度呈反变，一般产水系数i=0.3——0.8；泥百流地区多在0.6以下为宜。
产沙系数则相反，它与植被的多少呈反变，与雨强的大小和松散土层的厚度呈正变，一般产沙系数is=0.3——0.8；F——流域面积（平方公里）（1十Φ）——泥石流中由含沙量变化而引起的流量修正系数，查表2—3--1。
式中：Φ＝（γC-γW）/（γH–γc）…………………………………（2—2—5）γW——清水的重度（t／m3）；γH——泥石流中固体物质比重（t／m3）；DC——泥石流堵塞系数，可查经验表2—2—3；表2—2—3泥石流堵塞系数Dc值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，按式I.6计Q=0.264TQc=KTQc………………………………（2—2—6）式中K值的变化随流域面积(F)的大小而变化：当F<5(km2)时：K=0.202；F=10～100(km2)时：K=0.0378； 泥石流体中的固体物质流量QH （m3）：QH ＝Q （γC -γW）/（γH–γW）…………………………………(2—2—7)C 、冲击力计算：可用附录I 中公式计算泥石流整体冲击力、泥石流中大石块冲击力。
