[发明专利]一种小流域沟道堆石体失稳的计算方法

摘要

本发明公开了一种小流域沟道堆石体失稳的计算方法，属于地质灾害防治工程技术领域，其特征在于，包括以下步骤a、选取小流域沟道单宽堆石体进行受力分析；b、计算泥石流流速VC，根据力学理论推导小流域堆石体的判别计算式；c、根据力学平衡条件，当堆石体所受到的起动力大于堆石体所受到的阻抗力时，堆石体失稳，得到沟道内堆石体失稳的判别计算式。本发明基于严格理论推导，能够合理确定小流域内沟道堆石体的失稳值，为小流域泥石流灾害防治及预警提供依据，计算结果精度高，适应实际工程需要。

主权项

一种小流域沟道堆石体失稳的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：a、选取小流域沟道单宽堆石体进行受力分析，绘制堆石体临界状态受力图，分析在沟道爆发泥石流的情况下，沟道内堆石体的重力及其所受到的起动力和阻抗力；设定小流域沟道单宽堆石体在沿平行于沟道方向上受上游流体的冲压力为P、在沿平行于沟道方向上的重力分量为Wsinθ；设定小流域沟道单宽堆石体在沿平行于沟道方向上的颗粒摩擦力为f，在垂直于沟道方向上受沟床支持力为N、在垂直于沟道方向上重力分量为Wcosθ；b、根据式1计算泥石流流速VC，根据力学理论推导小流域堆石体的判别计算式，在沟道泥石流爆发时，沟道内堆石体重力W通过式2计算；式中，γH—泥石流中固体物质比重，单位t/m3；—泥石流泥沙修正系数；n—清水河床糙率系数，可通过水文手册查得；R—水力半径，单位m，可用平均水深代替；I—泥石流水力坡度，单位‰，可用沟床纵坡代替；W＝(γs‑γw)ht   式2W—沟道内堆石体重力；γs—堆石体饱和重度，单位kN/m3；γw—水重度，单位kN/m3；ht—堆石体高，单位m；堆石体所受到的起动力包括沿平行于沟道方向上受上游流体的冲压力P和沿平行于沟道方向上的重力分量Wsinθ，P通过式3计算，堆石体所受到的起动力通过式4计算，堆石体所受到的阻抗力通过式5计算；式中，P—沿平行于沟道方向上受上游流体的冲压力，单位kPa；γc—泥石流容重，单位kN/m3；g—重力加速度，单位m/s2；Vc—泥石流断面平均流速，单位m/s；λ—受力面形状系数，圆形取1.0，矩形取1.33，方形取1.47；α—受力面与泥石流冲压力方向的夹角，单位度；g—重力加速度，单位N/kg；τd＝(γs‑γw)htsinθ+P   式4式中，τd—堆石体所受到的起动力；θ—沟床坡度，单位度；τf＝(γs‑γw)htcosθ·tanφ   式5式中，τf—堆石体所受到的阻抗力；Φ—内摩擦角，单位度；c、根据力学平衡条件，当堆石体所受到的起动力大于堆石体所受到的阻抗力时，堆石体失稳；得到沟道内堆石体失稳的判别计算式为式6；当Fs＞1时，堆石体静止；当Fs＜1时，堆石体起动；当Fs＝1时，堆石体处于临界状态。