[发明专利]一种泥石流动力冲击系数的确定方法及装置

说明书

本发明提供了一种泥石流动力冲击系数的确定方法及装置，其方法包括：在泥石流冲击拦砂坝期间，根据依次安装在所述拦砂坝底部到顶部的n个冲击压强传感器，依次获取每个冲击压强P_n随冲击时间t的变化曲线P_n(t)；根据每相邻两个冲击压强传感器之间的距离S_n和所获取的每个冲击压强P_n随冲击时间t的变化曲线P_n(t)，计算所述拦砂坝的冲击合力随时间的变化曲线F(t)；根据所述拦砂坝的冲击合力随时间的变化曲线F(t)，确定作用在整个所述拦砂坝单位宽度上的冲击合力最大值F_max；利用所述泥石流来流的深度h和所述冲击合力最大值F_max，计算所述泥石流修正后的动力冲击系数λ₁。

技术领域

本发明涉及泥石流灾害防治工程技术领域，特别是涉及一种泥石流动力冲击系数的确定方法及装置。

背景技术

泥石流是暴雨季节发生在地质构造活跃山区的一种常见地质灾害。由于泥石流具有规模大、速度快、运动距离远、冲击力强等特点，加上山区的平地资源匮乏，人类经济活动进一步向山地扩张，因此当泥石流灾害发生时，往往会对公路、铁路等交通设施、房屋建筑等居住场所，甚至对一些自然景观等造成巨大破坏。针对泥石流具有的破坏性，常常在泥石流沟道内修建实体拦砂坝或者缝隙拦砂坝对泥石流的固体物质进行拦截，对泥石流的峰值流量和速度进行调控，从而达到减小泥石流规模、降低泥石流速度和消除对下游目标的冲击破坏的目的。然而，合理计算泥石流作用在拦砂坝上的冲击荷载是保证拦砂坝安全、经济、有效运行的关键所在。

目前，关于泥石流对拦砂坝的冲击力计算方法是根据现行的《泥石流防治工程设计规范(试行)》(中国地质灾害防治工程协会，2018-04-01实施)中建议的泥石流冲击力计算公式，即：

公式(1)中：

F——泥石流体整体冲击力(kN)；

λ——动力冲击系数，按经验取值为1.47；

γ_c——泥石流容重(kN/m³)；

g——重力加速度(m/s²)，取g＝9.8m/s²；

v——泥石流的速度(m/s)；

α——拦砂坝受力面与泥石流冲击力方向的夹角(°)；

h——泥石流的泥深(m)；

B——拦砂坝宽度(m)。

该公式实质上是在基于流体动量守恒定律推导得到的适用于均匀流体动水压力计算公式的基础上，考虑泥石流本身物质组成和流动的复杂性，进而乘以动力冲击系数λ对适用于均匀流体动水压力计算公式进行修正，从而用来估算泥石流的冲击力，该公式计算泥石流冲击力的准确性很大程度上取决于动力冲击系数λ的取值。而动力冲击系数λ的确定又是通过野外或者室内模型实验反算得到的，在实验中通过安装在柱体或拦砂坝上的冲击压强传感器来测量泥石流的最大冲击压强(P_max)，并且同时测量出泥石流的速度和密度，然后反算得到泥石流的动力冲击系数λ，即：

公式(2)中：

P_max——实验中测量得到的最大的冲击压强(kPa)；

ρ——泥石流的密度(kg/m3)；

在此基础上，唐金波等人(专利申请号：201810010786.3)考虑到泥石流颗粒级配的影响，在公式(2)的基础上利用泥石流中最大颗粒粒径与中值粒径的比值对动力冲击系数λ进行了修正。