[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

说明书

本发明公开了一种基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度的计算方法，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；解决了以往方法推导过程不严谨，考虑因素不全面，不能够计算得到合理的泥石流沟道最大侵蚀深度，从而不能为防治工程的设计提供依据的问题。

技术领域

本发明涉及地质灾害防治工程技术领域，特别是一种基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度的计算方法。

背景技术

泥石流作为一种介于水流与碎屑流之间的两相流体，以其流速快、冲击强及暴发突然等运动特征，快速且强烈地作用于山岳地区，是目前一种在全世界范围内引起广泛关注的自然灾害现象。泥石流可由暴雨、冰雪的急剧消融，以及火山爆发、地震和溃堤引起，通过山坡和沟谷之间快速的物资迁移形式给当地人民造成严重的灾害，已是我国山地灾害防治和环境保护的一个突出问题。

泥石流的侵蚀作用，从流域源头至沟外的冲积扇均有表现，但它主要集中在流域上游，尤以泥石流形成源地的侵蚀作用最甚。调查研究表明，泥石流的侵蚀方式主要有坡面径流侵蚀、斜坡重力侵蚀和沟床冲刷侵蚀。其中，泥石流沟道冲刷侵蚀作为一种主要的侵蚀机制，是由于沟道松散物质在一定深度的流体作用下，一旦流体对固体颗粒的驱动力大于其抵抗力时，便会失稳被裹挟进泥石流活动中，前人将这种起动机制称为“消防水管效应”，并认为流体强烈冲刷沟床堆积物是泥石流起动的关键因素。泥石流沟道侵蚀往往造成桥梁、堤防等基础的暴露等，其危害不亚于泥石流淤积。

目前有关泥石流沟道侵蚀的研究多是基于实验进行的定性描述或半定量分析，未能明晰泥石流侵蚀沟床的内在力学机理。如陈光曦等用实验定性研究了泥石流容重、流量、流速以及侵蚀基准面、沟道坡度、物质等因素对侵蚀的影响，则分类定性对比分析了泥石流侵蚀机理，认为稀性泥石流侵蚀与挟沙水流比较接近，而黏性泥石流的冲淤则接近滑坡。近来，虽然何思明等以上限定理为工具，对黏性泥石流对沟道土体的侵蚀能量条件进行了理论研究，但却缺乏力学机理解析，因而都难以定量描述侵蚀速率变化等侵蚀过程的发展，也不能对侵蚀深度等物理过程特征进行预测，因此，要以此为依据去指导泥石流沟道的治理还远远不够。

公开号为公开日为日的中国专利文献公开了一种粘性泥石流沟沟床最大冲刷深度的测算方法，以该专利文献为代表的现有技术，普遍缺乏基于本构方程的力学推导过程，且其计算所需的泥石流体粘性系数C随着泥石流体容重的增加而增加，无法直接测取；同时该专利也没有考虑原始沟道的斜坡坡度，而这也将直接影响其计算结果，因此其计算结果与实际情况存在一定的误差，不足以指导相应的防治措施。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度的计算方法，解决了以往方法推导过程不严谨，考虑因素不全面，不能够计算得到合理的泥石流沟道最大侵蚀深度，从而不能为防治工程的设计提供依据的问题。

本发明采用的技术方案是，一种基于流深的泥石流沟道物源侵蚀深度的计算方法，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；