[发明专利]一种针对非粘性泥石流的梳子坝开口宽度的设计方法

说明书

本发明涉及泥石流灾害防治工程技术领域，具体地说是一种针对非粘性泥石流的梳子坝开口宽度的设计方法。本发明包括以下步骤：对拟进行工程防治的泥石流沟开展泥石流灾害防治工程勘察，在该沟道泥石流密度小于2000kg/m³的情况下，确定该沟道泥石流中存在的最大固体颗粒物质的直径d_max；确定每一级梳子坝的功能，即该级梳子坝是用于对泥石流固体物质的拦截还是对泥石流速度进行调节；计算各级梳子坝的相对开度b/d_max，从而得到各级梳子坝的开口宽度。本发明在明确了泥石流类型的基础上，提出了上述梳子坝开口宽度的量化设计方法，避免了因基于经验的设计方法而导致梳子坝不能发挥其最佳防治效果的弊端。

技术领域

本发明涉及泥石流灾害防治工程技术领域，具体地说是一种针对非粘性泥石流的梳子坝开口宽度的设计方法。

背景技术

泥石流作为一种常见的地质灾害，具有流动快、规模大、发生突然、淤积范围广、冲击力极强等特点。泥石流爆发时常常会冲毁公路、铁路等基础设施，堵断江河甚至冲毁村庄等，造成巨大的生命财产损失。随着全球气候变暖，极端气候日益增多，人类经济活动进一步向山区扩张，人民的生命和财产受到泥石流的威胁日益突出；另外，我国对生态文明建设的重视程度也达到了前所未有的高度。鉴于以上原因，对泥石流进行防治就显得迫在眉睫。

透过性拦沙坝作为泥石流防治工程中广泛使用的工程措施，具有结构简单、施工方便、透水性好、拦排兼备等优点。梳子坝作为一种常见的透过性拦沙坝，它是由数量不等的钢桩或钢筋混凝土桩等材料组成，梳子坝的开口宽度直接决定了对泥石流的防治效果和使用寿命。梳子坝还被称为梳齿坝(Comb Dam)或者缝隙坝(Slit Dam)；在有些国家或地区也被称作过滤坝(Filter Dam)。

目前关于梳子坝开口宽度的设计，主要是结合工程经验，考虑对泥石流的拦截效率来设计的。为了达到较高的拦截效率，梳子坝的开口宽度设计往往会偏小，较小的开口宽度导致梳子坝库容在一次泥石流后被淤满，大大减少了梳子坝的使用寿命。在梳子坝设计时如何合理地选择开口宽度，使其在能够减小泥石流速度的同时，又能避免因被快速淤满而失去调节功能，这是当前梳子坝设计亟需解决的技术问题。

目前国内外关于梳子坝在工程上的应用研究多集中在梳子坝的类型、结构和细部构造等方面，例如江守良介等人发明的自立式钢管材料和埋入地基的基础套管材料组成的钢制梳子坝能够便于快捷地安装、建造梳子坝。与此同时，如果梳子坝发生部分破坏，也便于快速地修复。根据梳子坝自身的特点，也被广泛地与其他泥石流防护结构结合使用，在发挥梳子坝优势的同时，也弥补了其不足之处。

在中国现行的《泥石流灾害防治工程设计规范》(DZ/T0239—2004)中，没有直接提及梳子坝设计的有关内容，但对于桩林的布置，建议桩的间距为b＝(1.5～2.0)d_max(d_max：泥石流中最大固体颗粒物质的直径)。当桩林为单排时，其功能与梳子坝的功能一致，因此，可以认为该建议宽度也适合于梳子坝开口宽度的设计。

在台湾地区采用的《水土保持手册》(2005)中，考虑到地形条件、河道自然输砂能力、桥洞断面、最大颗粒粒径等综合因素，一般以等开口宽度设计梳子坝，建议其开口宽度也为b＝(1.5～2.0)d_max。

梳子坝在工程应用上类型多样，结构多变，但其设计时缺乏对泥石流与梳子坝相互作用机制的考虑。没有考虑梳子坝的开口宽度、过坝后泥石流的速度衰减和梳子坝的物质拦截效率三者之间的耦合关系。

在现行的泥石流规范中，对梳子坝开口宽度的建议取值没有考虑到泥石流的类型(按泥石流密度进行划分)，同时也没有考虑到梳子坝的作用功能，例如梳子坝主要是用于拦截泥石流固体物质，还是主要用于调控泥石流流态的同时有选择性地拦截部分泥石流中大颗粒物质，从经验的角度笼统地建议梳子坝的开口宽度均为b＝(1.5～2.0)d_max。