[发明专利]泥石流拦砂坝坝基扬压力计算方法

说明书

本发明提供了一种泥石流拦砂坝坝基扬压力计算方法，包括以下步骤：步骤1，确定泥石流密度；步骤2，确定细颗粒含量百分比；步骤3，根据所述泥石流密度及细颗粒含量百分比确定泥石流浆体细颗粒浓度；步骤4，根据所述泥石流浆体细颗粒浓度计算扬压力折减系数；步骤5，计算扬压力合力。本发明提供了依据泥石流性质指标参数——浆体细颗粒浓度——计算峰值扬压力折减系数的方法，充分考虑了坝前来临泥石流密度和细颗粒含量对峰值扬压力的影响机制。相比于传统依靠人为主观经验选取扬压力折减系数，该方法具有更科学的测算原理，且计算形式简单，参数获取容易，具有更高的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及一种泥石流拦砂坝坝基扬压力计算方法，特别是涉及一种基于坝前泥石流浆体细颗粒浓度计算扬压力折减系数的方法，属于测算技术、山地灾害防治领域。

背景技术

实体拦砂坝作为防治泥石流的关键工程，具有结构形式简单，耐久性好，拦挡效率高等优点，在泥石流治理工程中应用最广。实体拦砂坝防灾机理在于逐级拦挡减少泥石流流量和流速，且同时起到稳沟固坡，抬高侵蚀基准面的功效。在拦砂坝结构设计和稳定性计算中，涉及到一种重要的竖向荷载——扬压力，其本质是由于坝前水渗入坝基土中产生的竖直向上的浮托力。扬压力的存在减小了拦砂坝自重，降低了坝体稳定性和抗倾覆性，进而威胁到坝体安全。因此，如何确定扬压力的大小，选取合适的设计参数是拦砂坝设计和计算的重点。

借鉴于水工坝坝底扬压力的计算方法，根据扬压力沿坝基轴线呈线性分布的特点，一般按式1计算拦砂坝扬压力合力：

式中Fy——扬压力合力，单位kN；

Ky——坝踵处扬压力折减系数，为坝踵处扬压力与该处静水压力的比值；

ΔH——坝前坝后水头差，单位m；

B——拦砂坝基底宽(沿流线方向)，单位m；

γw——水的重度，N/m³，取10。

式(1)中折减系数Ky是计算扬压力的关键参数。目前对于Ky的取值一般凭经验取0～1，取值范围太大，且均未建立与某一因素的量化关系式，工程设计者无法根据具体条件计算Ky的值，Ky过大导致工程浪费，Ky偏小导致稳定性不足。

实体拦砂坝工程设计时，一般考虑泥石流快速来临至满库过坝泥石流冲击为最危险工况，此时对于特定坝基土的情况下，扬压力的大小和变化主要受坝前来临泥石流水力扩散特性影响，而水力扩散特性又主要受泥石流性质控制。因此本发明提出一种针对不同性质泥石流来临时的坝基扬压力折减系数计算方法。该方法通过确定泥石流细颗粒含量百分比和密度，计算泥石流浆体细颗粒浓度并作为反映泥石流性质的指标参数，通过对36组不同性质泥石流进行模拟坝前沉积渗透实验获得泥石流浆体细颗粒浓度与扬压力折减系数的经验关系，最终得到扬压力折减系数的计算方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有关于拦砂坝扬压力计算的不足，提供一种扬压力折减系数计算方法，该方法能充分考虑坝前来临泥石流密度和细颗粒含量对坝基扬压力的影响，计算简便，所需参数少，能适用实际工程需要。

本发明提供了一种泥石流拦砂坝坝基扬压力计算方法，包括以下步骤：

步骤1，确定泥石流密度；

步骤2，确定细颗粒含量百分比；

步骤3，根据所述泥石流密度及细颗粒含量百分比确定泥石流浆体细颗粒浓度；

步骤4，根据所述泥石流浆体细颗粒浓度计算扬压力折减系数；

步骤5，根据下式计算扬压力合力：