[发明专利]箱体消能式泥石流排导槽的箱体消能段设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种箱体消能式泥石流排导槽的箱体消能段设计方法及其应用。

背景技术

箱体消能式泥石流排导槽是一种针对较大沟床纵比降设计的槽型。在沟床纵比降较大的情况下，泥石流强烈的磨蚀和冲刷作用常造成排导槽槽底严重破坏、无法正常使用、后期维护费用高昂；箱体消能式泥石流排导槽通过设置箱体结构的消能槛，通过泥石流与箱体中充填块石的相互作用增加排导槽糙率，有效调控排导槽中泥石流流速，从而实现泥石流在槽中的安全排泄。

在排导槽设计过程中，根据实际情况合理选择糙率系数，对排导槽的设计具有重要意义。在已知排导槽通过的设计流量时，如果糙率取值偏小，流速就偏大，流量一定时，过流断面面积就偏小，则满足不了过流能力，易导致泥石流满槽并可能溢出槽外；如果糙率取值偏大，流速减小，流量一定时，过流断面面积就偏大，则会因过流断面的尺寸偏大而造成投资浪费，还会因实际流速过大而对槽底产生磨蚀。针对利用混凝土和浆砌石修建的排导槽，其糙率可根据材料类型和种类来选取，进而计算得到排导槽中泥石流的流速；而对于箱体消能式泥石流排导槽，由于其槽底设置了箱体结构，底部边界条件发生了改变，因此，无法完全根据排导槽的材料类型确定其糙率，也就无法为箱体消能式泥石流排导槽的优化设计提供支撑。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种以确定排导槽综合糙率系数为基础的箱体消能式泥石流排导槽箱体消能段设计方法，该方法综合考虑了排导槽纵比降、箱体消能段长度、箱体消能段宽度和装填块石平均直径等因素，并结合箱体消能式泥石流排导槽的特点，能够合理确定不同设计条件下的排导槽综合糙率系数，进而能够实现箱体消能式泥石流排导槽的箱体消能段的合理优化设计，且设计方法简便有效，所需参数少。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出一种箱体消能式泥石流排导槽的箱体消能段设计方法。所述箱体消能式泥石流排导槽包括全衬砌槽底及其两侧的侧墙，全衬砌槽底的中部设有箱体消能段；所述箱体消能段包括按一定间距设置的横向贯穿型肋槛(用于保护消能槛安全)和充填于上下游肋槛之间、呈阶梯状分布的若干级消能槛，消能槛沿横向贯穿排导槽方向设置，每一级消能槛由至少一个预制好的钢筋混凝土长方箱体构成，长方箱体顶面开敞、其余五面封闭、内部装填块石。长方箱体内的块石装填高度与长方箱体高度之比为0.5-0.8。所述箱体消能段的设计方法步骤如下：

(一)通过大比例尺地形图测量计算或现场调查实测，确定排导槽纵比降J；通过现场调查，选定全衬砌槽底的材质，根据选定的全衬砌槽底材质，确定全衬砌槽底的糙率系数n₀；通过现场调查，获得泥石流物源和颗粒级配资料以及排导槽建筑材料性质，确定排导槽允许的不冲流速和不淤流速，单位m/s。

(二)根据排导槽设计流量和步骤(一)中得到的排导槽纵比降J，设定箱体消能段长度L、箱体消能段宽度b、装填块石的平均直径D，单位均为m。

(三)通过以下公式确定排导槽综合糙率系数n

n=(0.0136·bLπD2·J1/2+1.1921)·n0]]>

式中，n—排导槽综合糙率系数；

n₀—全衬砌槽底的糙率系数，由步骤(一)确定；

b—箱体消能段宽度，单位m，由步骤(二)确定；

L—箱体消能段长度，单位m，由步骤(二)确定；

D—装填块石的平均直径，单位m，由步骤(二)确定；

J—排导槽纵比降，由步骤(一)确定；

π—圆周率，取值3.14。