[发明专利]鱼脊型泥石流水石分离系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程设计方法，特别是涉及鱼脊型泥石流水石分离系统的设计方法，泥石流防治领域、水利工程领域。 

背景技术

泥石流是形成于山区坡面或沟道包含水、石块和细颗粒物质的一种固液两相流。由于泥石流暴发突然并且携带大量石块而具有极大的破坏力，往往形成重大灾害。泥石流工程防治是最快捷有效的减灾手段之一。 

申请人在专利号为ZL201120352219.X、公开号为202298575U、名称为一种泥石流水石分离系统的中国实用新型专利中公开了一种鱼脊型的泥石流水石分离系统。系统整体布置在泥石流沟床上，基本结构包括引流坝与横跨泥石流沟床两岸的水石分离格栅。水石分离格栅整体是鱼背骨架式结构，主要由脊梁与肋梁组成，脊梁前端紧接在引流坝背水面。系统还可包括泄流槽与石块停积场。该系统可以进一步设计为多级，沿泥石流沟道自上游向下游间距排列，最终组成鱼脊型泥石流水石逐级分离系统。 

现尚没有涉及该鱼脊型泥石流水石分离系统设计方法公开，限制了该防治系统的设计与应用。 

引用专利：中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所.一种泥 石流水石分离系统：中国,ZL201120352219.X[P].2012-07-04. 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供鱼脊型泥石流水石分离系统设计方法，解决其在工程设计中尚不能较精确设计的技术问题。 

本发明针对的鱼脊型泥石流水石分离系统，布置在泥石流沟床上，包括引流坝，在引流坝背水面连接水石分离格栅；所述水石分离格栅横跨泥石流沟床两岸，前部顶端与引流坝引流口顶端紧接。水石分离格栅是鱼脊型结构，包括顺泥石流方向的脊梁，脊梁两侧并列肋梁，肋梁基部固定在支撑墩上；脊梁前端与引流坝引流口顶端紧接。进一步地，在引流坝背水面底部紧接泄流槽，泄流槽包括沿泥石流沟床两侧布置的边墙，边墙之间的沟床底部布置护坦，泄流槽尾部布置消力坎。在泥石流沟床两岸、泄流槽两外侧，设置石块停积场。 

上述鱼脊型泥石流水石分离系统在工程设计中，关键性的参数包括水石分离格栅跨度B、水石分离格栅高度H、水石分离格栅长度L。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

鱼脊型泥石流水石分离系统设计方法，设计水石分离格栅跨度B，其特征在于：依照如下步骤实施： 

步骤S1：参数确定 

现场调查，依据泥石流工程勘察和设计规范确定基本参数，包括：泥石流中固体颗粒的天然休止角鱼脊型泥石流水石分离系统修建位置沟道底宽度B′、引流坝引流口宽度b， 

根据现有技术确定泥石流流经引流口时的溢流深度h； 

步骤S2、水石分离格栅跨度B确定 

水石分离格栅跨度B依式1计算确定： 

B＝hsin2θ+b    式1 

式中，B—水石分离格栅跨度，m， 

h—泥石流流经引流口时的溢流深度，m，步骤S1确定， 

θ—肋梁上下两端连接线与泥石流沟道底部平面夹角，°等于泥石流中固体颗粒的天然休止角

b—引流坝引流口宽度，m，步骤S1确定。 

上述水石分离格栅跨度B设计方法的基本原理在于：第一，跨度B影响泥石流在格栅上的运动时间，从而影响水石分离效果。如果跨度B过小，泥石流在格栅上的运动时间短，部分泥石流体来不及完成水石分离便滑落到停积场，造成水石分离不充分，影响结构使用效果；如果跨度B过大，泥石流在滑落到停积场以前便已充分完成水石分离，造成工程投资浪费。所以在工程设计中，应选择合理的跨度B使泥石流在该跨度下正好充分完成水石分离。第二，结构的理想运行效果为泥石流中粒径大于设计分离粒径的固体颗粒尽可能被分离到停积场，而其余泥石流体尽可能透过格栅流入泄流槽，所以泥石流在格栅上充分完成水石分离的临界条件为：粒径大于设计分离粒径的固体颗粒沿格栅滑落的时间等于其余泥石流体透过格栅的时间。进而，假设泥石流从引流口流出后首先经过抛物线运动下落到格栅表面，然后沿格栅表面下滑，则从引流口两侧流出的泥石流体下落高度最大，且该部分泥石流体距离停积场最近，所以该部分泥石流体在格栅上的运动时间最短。如果该部分泥石流体在格栅上能充分完成水石分离，则所有泥石流体在格栅上均能充分完成水石 分离。综合而言，合理跨度B的判决条件为：从引流口两侧流出的泥石流体中粒径大于设计分离粒径的固体颗粒沿格栅滑落的时间等于其余泥石流体透过格栅的时间。