[发明专利]一种消能排导兼顾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防治技术，特别是涉及一种基于阶梯消能和凹槽排导的泥石流排导槽，及其在任意坡降和任意流体性质情况下的应用。

背景技术

我国是一个多山的国家，山区的地形地质条件复杂，在一些极端气候条件下形成的山洪泥石流给当地人民的生产和生活带来了严重影响。因此，泥石流防治工作对于保障人民生命财产安全，促进社会经济发展具有重要意义。泥石流排导槽是泥石流防治工程中的一类重要工程，根据当地泥石流流通区的地形地貌条件并结合泥石流自身的特点，许多专家和学者提出了各种类型的排导槽结构。

目前，泥石流排导槽常用的结构形式为东川槽（软基消能槽）和V型槽，但是这两种槽型在实际工程运用中存在明显的不足。东川槽是利用横向肋槛拦挡部分泥石流，通过泥石流与沟床物质之间的强烈搅拌、混掺，消去其大部分动能，从而降低泥石流下泄过程中的流速；但由于泥石流在向下游运动过程中，其能量得到了大部分的消减，流速逐渐降低，导致极有可能发生淤积，进而导致排导槽功能的失效；因此，东川槽存在排导不足、无法适用于坡降小于5%的缺陷。V型槽则采用全衬砌方式，降低了泥石流与槽底的摩擦阻力，有利于泥石流行进过程中的提速，使得泥石流能够顺利通过，所以槽内淤积的现象很少发生；但是由于缺少必要的消能设施，泥石流排导过程中流速不断增大，泥石流流体内的大颗粒对排导槽具有强烈的磨蚀作用，易于导致槽底的破坏失效；因此，V型槽存在消能不足、无法适用于坡降大于20%的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于阶梯消能和凹槽排导、同时具有较高消能率和良好排导能力、消能排导兼顾的泥水流排导槽，及其在任意坡降、任意流体性质的泥石流防治中的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出的一种消能排导兼顾的泥石流排导槽，包括全衬砌的排导槽底板及其两侧的排导槽侧墙。所述排导槽底板为若干级台阶连续相连构成的阶梯状，台阶上设有凹槽，凹槽在台阶顶面上的宽度沿泥石流流向逐渐变大，凹槽在台阶竖直面上的宽度从高向低逐渐变小，凹槽在台阶顶面上的最大宽度与凹槽在台阶竖直面上的最大宽度B重合。当泥石流流经本发明的排导槽时，在垂直方向上，由于存在台阶，泥石流流线出现巨大的调整，通过泥石流内部颗粒之间的相互作用及泥石流与槽底之间的相互作用，能够消去泥石流所具有的大部分能量；在流向方向上，由于台阶上设有凹槽，因此在同一级台阶上，不同位置处的泥石流具有不同的流速，泥石流内部存在明显的剪切运动，有助于泥石流能量的消减。同时，由于凹槽截去了台阶的部分甚至全部高度，凹槽内的泥石流能量消减有限，因此台阶上的凹槽可以防止泥石流在阶梯状槽底上的淤积。凹槽采用上宽下窄、沿泥石流流向前宽后窄的结构主要是为了防止泥石流中的大块石卡于凹槽内而影响泥石流的过流能力。

每一级台阶上均设有一个凹槽。凹槽沿排导槽中心线对称。凹槽的形状优选为两种：凹槽的横断面（即与台阶竖直面平行的所有平面）为梯形，凹槽在台阶顶面上呈梯形，凹槽在台阶竖直面上也呈梯形；或凹槽的横断面（即与台阶竖直面平行的所有平面）为三角形，凹槽在台阶顶面上呈三角形，凹槽在台阶竖直面上也呈三角形。当槽底坡降α大于10%时，凹槽的横断面为梯形，凹槽在台阶顶面上呈梯形；当槽底坡降α小于等于10%时，凹槽的横断面为三角形，凹槽在台阶顶面上呈三角形，此时凹槽是一个三棱锥，可以有效防止泥石流淤积，提高排导能力。

当凹槽的横断面为梯形、凹槽在台阶顶面上呈梯形时，凹槽在台阶竖直面上的最大宽度B大于等于1/3排导槽宽度B₀、同时小于等于排导槽宽度B₀；凹槽在台阶竖直面上的最小宽度b1大于等于1/4排导槽宽度B₀、同时小于排导槽宽度B₀；凹槽在台阶顶面上的最小宽度b2等于凹槽在台阶竖直面上的最小宽度b1；凹槽在台阶竖直面上的高度h大于等于1/2台阶高度H、同时小于等于台阶高度H；凹槽在台阶顶面上的长度等于台阶长度L。

当凹槽的横断面为三角形、凹槽在台阶顶面上呈三角形时，凹槽在台阶竖直面上的最大宽度B等于排导槽宽度B₀；凹槽在台阶竖直面上的高度h等于台阶高度H；凹槽在台阶顶面上的长度等于台阶长度L；凹槽在台阶竖直面上的最小宽度b1和凹槽在台阶顶面上的最小宽度b2均为0。此时，台阶中心线不存在台阶，在重力作用下泥石流一直处于加速状态，可有效防止泥石流淤积。