[发明专利]一种软基消能型泥石流排导槽的肋槛设计方法

说明书

本发明公开了一种软基消能型泥石流排导槽的肋槛设计方法。所述排导槽包括若干按一定间距设置的肋槛及其两侧的侧墙，肋槛沿泥石流运动方向的反方向呈拱形，拱脚处镶入侧墙基础或与侧墙基础连成整体，所述拱形肋槛设计方法首先根据排导槽设计宽度确定拱形肋槛的半拱宽，接着根据肋槛所承受的土压力荷载和泥石流冲击荷载确定荷载特征系数，然后根据侧墙基础对拱脚的最大横向支持力确定侧撑特征长度，最后确定最优拱轴线方程。该方法将肋槛设计成拱形，同时设计出拱形肋槛的最优拱轴线，能够有效地解决肋槛后土体支承失效和肋槛前荷载加大造成的肋槛破坏问题，为传统直肋槛损毁率较高的地区和工况提供了简便有效的肋槛优化方法。

技术领域

本发明涉及一种软基消能型泥石流排导槽的肋槛设计方法，属于泥石流防治工程、建筑工程设计领域。

背景技术

山洪泥石流灾害是我国地质灾害的主要类型之一。随着山区经济的发展，对山洪泥石流防治工程的需求越来越旺盛。软基消能型泥石流排导槽在泥石流治理中被大量使用。

目前，软基消能型泥石流排导槽的肋槛均为横向贯穿排导槽底的直形肋槛，其面临的主要问题之一是肋槛损毁率高，进而影响排导槽的正常运行。一方面是在传统直形肋槛运行过程中，肋槛后部地基容易被冲刷侵蚀，引起肋槛后土体支承失效，造成肋槛破坏；另一方面，在传统直形肋槛运行过程中，泥石流冲击荷载增大时，肋槛内部的弯矩和拉裂缝急剧增大，造成肋槛破坏。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种软基消能型泥石流排导槽的肋槛设计方法，该方法针对传统直形肋槛在应用过程中存在的缺陷，将肋槛设计成拱形，同时设计出拱形肋槛的最优拱轴线，能够有效地解决肋槛后土体支承失效和肋槛前荷载加大造成的肋槛破坏问题，为传统直肋槛损毁率较高的地区和工况提供了简便有效的肋槛优化方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明提出一种软基消能型泥石流排导槽的肋槛设计方法，所述软基消能型泥石流排导槽包括若干按一定间距设置的肋槛及其两侧的侧墙；所述肋槛埋入排导槽底、沿泥石流运动方向的反方向呈拱形，拱脚处镶入侧墙基础或与侧墙基础连成整体(如图1所示)。现有传统的软基消能型泥石流排导槽(即东川槽)的肋槛均为横向贯穿排导槽底的直形肋槛，本发明用受压构件代替受弯构件，设计出拱形肋槛。

所述拱形肋槛由拱轴线控制，拱轴线方程的设计方法基于肋槛支承和肋槛荷载特征，并结合合理拱轴线理论；所述的肋槛支承，只考虑侧墙基础的支承作用，不考虑肋槛后土体的支承作用；所述的肋槛荷载，只考虑肋槛前的土压力荷载和泥石流冲击荷载。最优拱轴线方程公式的推导过程如下：

拱形肋槛的受力示意图如图2所示，其中，侧墙基础对拱脚的纵向支撑力F_y＝(q₁+q₂)a，半拱宽a＝B/2，F_{x max}为侧墙基础对拱脚的横向支撑力F_x的最大值(即最危险工况下的值)。

所以，拱轴线上任一点弯矩M_x可表示为：

化简得：

又因为：欲使拱形肋槛内力最优，则肋槛横截面上不应存在拉应力和拉裂缝，欲达到上述目的，则需要肋槛横截面上不存在弯矩，故最优拱轴线方程需满足拱轴线上任一点弯矩M_x＝0；荷载特征系数μ＝q₂/q₁，侧撑特征长度λ＝F_{x max}/q₁，代入公式2得：

(1+μ)x²+y²+2λy-(1+μ)a²＝0 公式3

经化简得：