[发明专利]泥石流冲击力的计算方法

说明书

本发明涉及一种泥石流冲击力的计算方法，属于泥石流防治工程、水利工程领域。计算方法为F＝0.225(τ/rgd₁)^(‑0.1)(d/d₀)^0.05(Em²V⁴)^1/3sin^0.5θ。该方法对于冲击力计算考虑了量纲和谐这一基本原理，适用于野外大尺度的实际计算，对于泥石流防灾减灾具有更高的防灾适用性；对于所有的冲击力问题，都可以通过获得的冲击物质量、运动速度、运动方向与被冲击物的平面夹角、弹性模量以及被冲击物的弹性模量等参数，计算得到冲击力，不受材料限制，因此对于其他冲击力问题也有应用价值；经过实验验证了准确性，可以较准确地计算冲击物可能造成的冲击力，从而根据冲击力大小设计防御措施。

技术领域

本发明涉及一种泥石流冲击力的计算方法，属于泥石流防治工程、水利工程领域。

背景技术

我国是世界上遭受泥石流危害最为严重的国家之一,尤其是西部地区如西藏、四川、甘肃、新疆、云南、重庆等地。泥石流冲击瞬间会释放出大量的前期逐渐积累的物质和巨大能量,具有极大的冲击破坏力,在泥石流所到之处,公路、桥梁、铁路等交通设施常被冲毁、淤埋,良田被冲毁,江河被堵塞,因此是山区普遍存在且破坏作用极其强烈的灾害类型,严重威胁山区公路的路基、桥梁、涵洞结构安全。

由于泥石流体物质成分的复杂性、暴发时间的不确定性及强大的毁损性,致使迄今在泥石流冲击力方面的研究进展缓慢。泥石流冲击力由泥石流浆体动压力和巨石撞击力两部分组成，而造成结构破坏的主要因素是大块石的冲击力。当今主要的泥石流冲击力计算方法可概化为现场测试法、流体动压法、船茷撞击法、材料力学法、压力波法和地貌形迹法。其中现场测试法、流体动压法、压力波法和地貌形迹法都是测试泥石流浆体冲击力和波浪冲击力，计算值偏小，无法用于野外真实情况。船茷撞击法、材料力学法和弹性碰撞法主要计算泥石流中巨石的撞击力，但是船茷撞击法中动能折减系数、弹性变形系数无法准确获得，使的计算结果误差大。材料力学法主要根据通过悬臂梁和简支梁来计算，实用范围狭窄。因此一个室内研究且能在野外适用的计算冲击力模型显得非常重要，这也是泥石流灾害防治工程设计的基础。

发明内容

针对现有泥石流巨石冲击力的计算方法中计算复杂、量纲不和谐和误差大的问题，本发明提供了一种量纲和谐、计算结果更准确的泥石流冲击力的计算方法。

具体技术方案为：泥石流的冲击力计算方法：

F＝0.225(τ/rgd₁)^(-0.1)(d/d₀)^0.05(Em²V⁴)^1/3sin^0.5θ (1)

式中：

F——泥石流冲击力，N；

τ——屈服应力，Pa；

r——泥石流容重，kg/m³；

g——重力加速度，g＝9.81kg/m²；

d₁——浆体粒径，d₁＝0.00005m；

d——泥石流悬浮粒径，m；

d₀——泥石流中最小粗颗粒粒径，d₀＝0.002m；

m——泥石流中巨石质量，kg；

V——泥石流中巨石运动速度，m/s；

θ——泥石流中巨石运动方向与被冲击物的平面夹角，单位°；