[发明专利]一种基于梯级防冲刷齿槛群的泥石流排导槽及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥石流排导技术，特别是涉及一种基于泥石流软基消能，适用于稀性泥石流、或水石流、或山区洪水排泄的基于梯级防冲刷齿槛群的泥石流排导槽及其应用。

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新型结构，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，控制泥石流冲刷和淤积的问题日益突出。在众多泥石流流域中，爆发稀性泥石流、过渡型泥石流和山区洪水的概率非常大，因此开发满足这类泥石流的排导需求的新型排导槽显得非常迫切。

传统的泥石流防冲刷沿用输水渠道的全衬砌模式，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。目前用于泥石流防冲刷的横向贯穿型齿槛一般适用于沟床比降较大的情况，比降小于5％时效果很差，出现淤积。在常流水状态下，以往的全衬砌排导槽和横向贯穿型齿槛阻断了沟床内水生生物的上下联系，不利于沟床生态修复。

申请号为200910058217.7的发明专利申请，是本申请人的前期研究成果，公开了一种交错齿槛型泥石流排导槽。该排导槽能够满足排泄应宽流体，保持沟道上下游水力联系，有利于沟道生态恢复。但同时，交错齿槛使泥石流体在槽内产生绕流消能，绕流的存在会给排导槽侧墙的安全带来一定潜在隐患；在沟床纵比降较小的情况下，绕流消能过度易导致泥石流淤积在排导槽中，针对沟床比降减小，该发明申请采取了减小齿槛长度的方法来减少绕流消能，但由于齿槛在束流侧墙间呈交错分布，因此随着齿槛长度的减小，齿槛越短越不能给束流侧墙的稳定性提供充分保障，从而需要采取增加侧墙基础埋深来解决，但这样会导致建筑成本增加太大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于梯级防冲刷齿槛群的泥石流排导槽，不仅能在低成本下实现泥石流冲刷下切侵蚀与淤积的动态平衡，充分实现安全、顺畅排泄泥石流的目的，满足流域爆发从稀性泥石流到山区洪水的较宽变化流体排泄需求，而且能够充分保持沟床内水生生物的上下联系，有利于沟道生态修复，同时能够利用向心束流作用充分保障束流侧墙的稳定性，在沟床比降较小的情况下不易出现泥石流淤积，有利于长期运行。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出的基于梯级防冲刷齿槛群的泥石流排导槽，包括两侧的束流侧墙和置于其间、与其相连、配合使用的梯级防冲刷齿槛群，所述梯级防冲刷齿槛群的每两个梯级之间按一定间距分布，所述梯级防冲刷齿槛群由若干具有一定埋深的防冲刷齿槛组成。两个防冲刷齿槛在束流侧墙之间、相对所述泥石流排导槽的中心线呈左右对称分布，共同构成所述梯级防冲刷齿槛群的一个梯级；所述泥石流排导槽宽度D(即两侧束流侧墙之间的间距)大于2倍防冲刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向长度B(即防冲刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的投影长度)，满足D＞2B；即任一所述防冲刷齿槛均只有一端与束流侧墙相连、没有在束流侧墙之间贯穿，且组成所述梯级防冲刷齿槛群的防冲刷齿槛在束流侧墙之间、相对排导槽中心线呈左右对称分布，构成对称型梯级防冲刷齿槛群。这种对称型结构能充分保持沟床内水生生物的上下联系，有利于沟道生态修复；能够充分保障束流侧墙的稳定性，在沟床比降较小的情况下不易出现泥石流淤积，有利于长期运行。

所述防冲刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向长度B为泥石流排导槽宽度D的1/10-1/2，满足1/10D≤B＜1/2D；排导槽沟床比降越大，所述防冲刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向长度B的取值就越大。这有利于最大限度节省所述防冲刷齿槛的工程量。

所述防冲刷齿槛与束流侧墙相连处呈倾斜角度α，且向下游侧倾斜，即防冲刷齿槛与束流侧墙相连端较另一端位于上游；倾斜角度α的取值为45°-75°；沟床比降越大，倾斜角度α的取值就越大。这种倾斜结构有利于泥石流的束流。

所述防冲刷齿槛在沿束流侧墙垂直方向上，呈中间低、靠束流侧墙端高；高度差h与防冲刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向长度B之比的横坡比降1∶n为1∶4-1∶20，即1∶n＝h∶B。这种中间低、两侧高的结构有利于泥石流束流，且有利于产生底部湍流、充分消能。