[发明专利]泥石流拦砂坝库内回淤纵比降测算方法、应用

说明书

本发明公开泥石流拦砂坝库内回淤纵比降测算方法、应用。泥石流拦砂坝库内回淤纵比降测算方法从建立泥石流库内回淤堆积体形态出发，通过堆积土体的静态受力平衡分析，建立基于土体极限平衡的库内淤积土体受力分析表达式，从而建立直接考虑原始沟床纵坡、泥石流性质、有效坝高、引流段流速等因素的泥石流拦砂坝库内回淤纵比降计算式。该方法能够直接基于现场调查数据经科学计算测算库内回淤纵比降，方法原理可靠、结果精度高，能够克服现有技术因经验性较强、取值范围变化大而导致在实际工程设计中纵比降取值偏向保守进而增大不必要工程成本的缺陷。本发明还提供测算方法在泥石流拦砂坝设计中、在泥石流拦砂坝工程运行效率与安全性评估中的应用。

技术领域

本发明涉及一种泥石流拦砂坝工程测算方法，特别是涉及一种测算泥石流拦砂坝库内回淤堆积体纵比降的测算方法，以及该方法在泥石流灾害防治工程措施设计与评估中的应用，属于泥石流灾害防治工程技术领域。

背景技术

拦砂坝泥石流拦砂坝是修建在泥石流沟道内的一种横断沟床的人工建筑物，是“拦”字治理思想在泥石流防治工程中的最重要体现。泥石流拦砂坝一方面具有工程结构简单、防治效果起效快、就地取材、施工及维护方便、使用周期长、造价省等特征，另一方面能同时发挥拦蓄部分泥石流固相物质、减小泥石流规模，与稳定沟坡、控制沟道侵蚀，抑制泥石流发育的作用，长期以来已成为一种理想的泥石流防治工程措施，也是目前泥石流灾害治理中使用最为广泛的工程措施之一。在城镇、矿山、公路、铁路等泥石流防治与环境治理中尤其会被优先采用。

泥石流拦砂坝长期运行面临的问题是，拦砂坝正常运行中，上游泥石流会在拦砂坝前发生泥石流回淤现象，逐渐在拦砂坝库内形成堆积体(也称堆积区)。尤其是一些先期设计不够合理的拦砂坝，库内回淤堆积现象更为明显。库内回淤堆积体的形成与扩大，最直接的后果是减损库容，影响拦砂坝的调节能力，使拦砂坝的防灾效力逐渐与工程设计目标偏离较大，增大下流防治工程措施的压力，进而降低灾害环境的综合治理方案的协调性，导致治理失效。同时，库容减损又使使泥石流越坝过流更容易在未预计的情况下发生，增加灾害预警方案与应急响应方案的对应难度。

尽管领域内已熟知库内回淤堆积体纵比降是泥石流拦砂坝坝体设计时重要参数，直接关系到设计拦蓄库容估计的准确性，也熟知对运行中泥石流拦砂坝库内回淤堆积体纵比降的测算是评估拦砂坝运行效率的一项重要指标，但是现有技术涉及确定库内回淤堆积体纵比降的方法尚不够有效。现有技术测算拦砂坝库内回淤堆积体纵比降的方法主要有两类：第一类以经验综合取值为主，如《泥石流防治工程设计规范T/CAGHP021-2018》对拦砂坝回淤纵比降的建议值为原始沟道纵比降的0.5～0.8倍，《中国泥石流》(2000)则建议取0.5～0.9倍的原始沟道纵比降为回淤纵比降。经验取值法在涉及适宜的取值范围时一直存在较大争议；第二类是根据库内回淤堆积体形态计算其纵比降，如公开号为CN 103276687 A、专利号为ZL 201310214816.X的中国发明专利公开了在现场调查获取泥石流沟的沟道坡度θ与泥石流体内摩擦角的基础上依照拦砂坝后泥石流回淤纵比降I计算式计算确定库内回淤堆积体纵比降。该方法尽管引入堆积体形态概念测算，但没有考虑泥石流性质、拦砂坝坝高等工程设计等的重要参数，因而忽略了这些重要参数对回淤形态的明显影响，所以对于回淤纵比降的测算也存在明显局限性。现有技术对拦砂坝库内回淤堆积体纵比降的测算方法都有较强的经验性与局限性，未充分考虑泥石流性质、有效坝高等因素的综合影响。在实际工程设计中，这类方法指导下的拦砂坝设计往往会在一个较大的取值范围内偏于一个保守取值，从而增大不必要的工程成本。

发明内容

为统一术语与方便描述，本发明将拦砂坝上游泥石流在拦砂坝上游因回淤现象形成的堆积体/区称为“拦砂坝库内回淤堆积体”，简称为“库内回淤堆积体”，将“拦砂坝库内回淤堆积体纵比降”简称为“库内回淤纵比降”。

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种能够根据现场调查数据为基础依照泥石流运动堆积原理测算库内回淤纵比降的方法，以及其应用。

为实现上述目的，本发明首先提供一种泥石流拦砂坝库内回淤纵比降测算方法，其技术方案如下：