[发明专利]一种泥石流最大弯道超高位置计算方法及应用

说明书

本发明公开了一种泥石流最大弯道超高位置计算方法及应用，属于泥石流防治工程技术领域，包括以下步骤：a、获取泥石流发生地的泥石流平均流速V，现场测量泥石流发生地的泥石流沟道宽度B；b、现场测量泥石流发生地的泥石流弯道中心曲率半径R；c、测量计算泥石流屈服应力τ；d、测量计算泥石流密度p；根据式1计算泥石流弯道最大超高位置θ。本发明遵循量纲和谐原理，能够提供一个准确计算泥石流在不同弯道不同速度下的最大弯道超高位置的模型，能够为泥石流防御措施提供更好的理论数据参考，进而能够有效防止人员伤亡和财产损失，对于泥石流减灾具有更高的防灾适用性，极大的提高了泥石流的防治效果。

技术领域

本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及一种泥石流最大弯道超高位置计算方法及应用。

背景技术

泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。

在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。通常泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。在泥石流运动过程中，由于泥石流速度较快，惯性大，因此在弯道凹处有比水流更加显著的弯道超高现象。泥石流在弯道处运动时，由于凹岸流速较凸岸大，导致凹岸的泥深较凸岸的深，结果形成一种超高现象。

弯道超高并不总是处于超高状态，而是在进入弯道时，逐渐超高，达到最大超高后，再逐渐减小，在出弯道后恢复到弯道前的状态，因此存在一个最大的弯道超高，同时，也存在一个最大弯道超高的位置。当弯道沟岸有足够的超高时，泥石流可能会有强烈的冲刷作用或强烈淤埋作用，破坏弯道上的防护建筑物及弯道附近的建筑物。

目前国内外还没有关于泥石流弯道最大超高位置的研究，主要是关于清水弯道最大超高位置的研究。主要有：

1、罗锁福斯基经过实验得出：水流仅在经过弯段时水面形成横比降，最大横比降发生于弯道中点的稍上游，继而比降逐渐减小(罗锁福斯基，尹学良译，弯道水流的研究，泥沙研究，1958.1)。

2、刘焕芳通过实验研究，得到了弯道自由水面超高在进口直段、弯道段和出口直段的沿程分布计算公式，据其公式，清水弯道超高最大位置恒为弯道中心位置(刘焕芳，弯道自由水面形状的研究，水利学报，1990.4)。

公开号为CN 104652370A，公开日为2015年05月27日的中国专利文献公开了一种偏心荷载作用下泥石流拦挡坝设计的优化方法，该方法利用室内试验和野外调查相结合的方法确定泥石流重度γc，根据泥石流拦挡坝的设防标准计算拟建拦挡坝断面泥石流洪峰流量Qc和过流断面A，由弯道形态确定拟建拦挡坝所在区域沟谷的曲率半径R，根据泥石流在流经弯道处角速度ω相等和设防泥石流峰值流量Qc计算断面上的流速横向分布，得到泥石流在流经拟建拦挡坝上的冲击力σ、弯道超高Δh，根据泥石流运动特征和参数、地基条件、技术性确定拦挡坝设计方案。

该专利文献公开的偏心荷载作用下泥石流拦挡坝设计的优化方法，通过泥石流在流经弯道处角速度ω相等和设防泥石流峰值流量Qc计算断面上的流速横向分布，实质是假定近似的采用断面平均流速来替代纵向流速，与实际并不相符，得到泥石流的弯道超高值不准确；不能够提供一个准确计算泥石流在不同弯道不同速度下的最大弯道超高位置的模型，不能有效的为泥石流拦挡坝设计提供科学的数据参考，影响泥石流防治工程的防治效果。

发明内容