[发明专利]一种基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度的计算方法

权利要求书

1.一种基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过现场取样实测，确定泥石流体容重γ_c，进而确定泥石流流体的重度γ；

S2：通过实际取样测取容重，确定原始沟床堆积物的重度γ_sat；

S3：获取沟道堆积物土样，确定直剪或三轴试验沟道堆积物内摩擦角

S4：通过现场调查，根据泥石流过流痕迹确定泥石流的流深h；

S5：通过现场测量获取沟道边坡坡度α，通过大比例尺地形图测量计算，确定沟道纵比降J；

S6：将泥石流体视为塑性流动体，利用宾汉模型表达其本构方程；

S7：计算泥石流剪应力τ₁；

S8：在泥石流沟道物源堆积体在地表径流剪应力作用下，计算侵蚀达到深度△h时的应力状态；

S9：根据力学平衡条件，当泥石流驱动力等于运动阻力时，计算泥石流沟道堆积体在被侵蚀△h深度时的静力平衡方程；

S10：由于泥石流浆体的粘滞系数η反映了流体的流变特征，流体的流变特征随泥石流体浓度的增加而增加，计算泥石流浆体的粘滞系数；

S11：根据计算出的泥石流沟道堆积体在被侵蚀△h深度时的静力平衡方程、以及泥石流浆体的粘滞系数η，计算在流深为h的情况下，泥石流沟道堆积物的侵蚀深度△h；

所述S6的宾汉模型表达其本构方程，其表达式为：

τ_B＝(γ-γ_w)hsinα

式中，τ₁为泥石流剪应力，τ_B为泥石流浆体的屈服剪应力，η为泥石流的黏滞系数，v为泥石流的流速，h为泥石流流深，J为沟道纵比降，γ为泥石流体的重度，γ_w为水的重度＝10kN/m³；

所述S7的泥石流剪应力τ₁的计算公式为：

式中，γ为泥石流体的重度，γ_w为水的重度，h为泥石流流深，△h为泥石流沟道堆积物的侵蚀深度，J为沟道纵比降，α为沟道边坡坡度，η为泥石流浆体的粘滞系数；

所述S8的侵蚀达到深度△h时的应力状态：

δ＝(γh+γ_satΔh)cosα

T₂＝(γh-10Δh)sinα

式中，γ为泥石流体的重度，α为沟道边坡坡度，△h为泥石流沟道堆积物的侵蚀深度，h为泥石流流深,τ₂为泥石流沟道物源堆积体在地表径流剪应力作用下的剪应力，δ为该状态下剪切破坏面上的正应力；

所述S9的泥石流沟道堆积体在被侵蚀△h深度时的静力平衡方程为：

式中，τ_f为沟道堆积体抗剪强度，沟道堆积物的粘聚力c忽略不计，τ₂为泥石流沟道物源堆积体在地表径流剪应力作用下的剪应力，δ为该状态下剪切破坏面上的正应力；

所述S10的泥石流浆体的粘滞系数计算公式为：

其中，γ_c为泥石流流体的容重，η为泥石流浆体的粘滞系数；

所述S11的在流深为h的情况下，泥石流沟道堆积物的侵蚀深度△h计算公式为：

式中，为直剪或三轴试验沟道堆积物内摩擦角，α为沟道边坡坡度；

所述基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度计算方法适用范围为，野外泥石流沟道中泥石流体对原始沟道堆积物所造成的最大侵蚀量的计算，进而用于确定泥石流防治工程最小基础埋深的设计，能够适应泥石流实际工程设计需要。