[发明专利]基于泥石流软基消能的横向齿槛基础埋深设计方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥石流防冲刷技术，特别是涉及一种基于泥石流软基消能的横向齿槛基础埋深设计方法及其应用。

背景技术

泥石流具有比水流高得多的容重，其包含碎屑土的流体二元结构具有特殊性，表现出惯性高、输移力强、冲击力巨大等特点。泥石流运动产生的强烈冲刷，导致沟床发生剧烈改变，引起沟床揭底和沟岸崩塌，增加了补给泥石流的固体物质来源，增大了泥石流的危害，对两岸危险区内的城镇、村庄、道路、水渠、电力、通讯线路等基础设施，以及农田、森林等造成严重危害。因此，开发能有效控制泥石流冲刷的技术与方法，对于减小泥石流的破坏力，提高下游防护对象的安全性，具有重大的社会经济意义和生态环境意义。

近年来，随着我国西部大开发的持续开展，众多大型基建工程开工建设，开发利用泥石流堆积扇的力度加大，控制泥石流冲刷的问题日益突出。以往泥石流防冲刷沿用输水渠道、溢洪道的全衬砌模式，但由于泥石流极强的磨蚀能力，导致工程损毁快、维护费用高。因此，急需针对泥石流防冲刷问题，开发出能有效控制泥石流冲刷的新技术，减小泥石流的冲刷破坏力，提高消能工的可靠性和耐久性，降低防护工程的运行维护费用，保障下游防护对象的安全。

基于软基消能的横向齿槛是泥石流防治中采用的一种工程措施，是一种嵌入沟床的、象门槛一样的控制泥石流冲刷和下切侵蚀的泥石流控制技术，具有设计、施工简单，便于推广使用的特点。而横向齿槛的基础埋深取值是该结构安全和经济性的重要指标，是工程设计成败的关键参数之一。现有横向齿槛的基础埋深均是根据经验来取值设计的，没有一套相对完善的具有理论依据的计算方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于泥石流软基消能的横向齿槛基础埋深设计方法，该方法不仅能在充分保证横向齿槛安全运行的基础上，合理确定横向齿槛基础埋深，最大限度节省工程造价，有利于工程后期运行管理，而且计算方法有效快速简便，适应实际工程需要。该方法设计的横向齿槛可针对过渡性泥石流、或稀性泥石流、或水石流等高含沙两相二元流的冲刷下切作用，与导流侧墙组成排导槽或与拦砂坝配合，用于泥石流的防治。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：由计算泥石流通过横向齿槛跌落的能耗、计算泥石流起动和淤积的临界纵坡比降、计算泥石流通过横向齿槛的能耗系数、计算泥石流通过横向齿槛的槛下冲刷深度、计算横向齿槛的基础埋深五大部分组成。若干具有一定埋深的所述横向齿槛横向布设、按一定间距组成梯级防冲刷齿槛系。

本发明的设计思想是：当泥石流在自然沟床纵坡比降为i_c的设有梯级防冲刷齿槛系的沟床内流动时，泥石流流动对软基沟床质产生冲刷并将其中的固相物质部分搬运；由于槛后跌落的流体与下方的沟床质契合、搅拌而消耗掉一部分动能，其量约相当于两种坡度差值区间的势能后续泥石流中不断补充的固相物质使沟床保持临界纵坡比降(i₀)而不再被冲深，从而达到冲刷-淤积的动态平衡。因此，只需要将齿槛嵌入沟床足够深度(即基础安全超深h)，即可保持沟床及齿槛自身稳定，实现长期安全运行。

无论从消能原理和工程应用上都需要界定各参数之间关系和取值范围。根据泥石流组成暨粘滞阻力特性，采用过坝溢流、陡坡泄流的下游消能估算模式，定义用n表示沟段坡率折减系数，为泥石流起动和淤积的临界纵坡比降与自然沟床纵坡比降的比值，定义表示泥石流通过横向齿槛的能耗系数，为泥石流通过横向齿槛消耗的势能与总势能之比，可以利用n和来进行计算。