泥石流動力特征計算

1、3.3.2泥石流的力學(xué)特征(1)容重泥石流靜力學(xué)特征主要指泥石流體或漿體的容重、含水量、物質(zhì)組成、流變特征、化學(xué)性質(zhì)及其靜力特征等。在一般地區(qū)出于泥石流的突發(fā)性、沖擊力大等條件所限，難以直接測得天然泥石流容重。一般采用現(xiàn)場調(diào)查試驗法進行泥石流容重的測定，即在現(xiàn)場請當?shù)赜H眼看見泥石流暴發(fā)的居民多人，在需要測試的溝段，選取有代表性的堆積物攪拌成暴發(fā)時泥石流流體狀態(tài)，進行樣品鑒定，然后分別測出樣品的總質(zhì)量和總體積，求出泥石流流體容重。在無法取

2、得代表性樣品時，根據(jù)《規(guī)范》中泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分標準，對某泥石流溝進行泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化評分（詳見表43），按照《規(guī)范》中附表“數(shù)量化評分（N）與重度、（1＋Φ）關(guān)系”，可以得到泥石流的容重。本報告采用后一種方法，查表得到泥石流的容重為1.68tm3。(2)泥石流流速泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。它不僅反映了泥石流的強度，規(guī)模和流體性質(zhì)，而且決定著防治泥石流工程建筑物的類型、結(jié)構(gòu)和尺寸。因此，泥石流的洪峰流量是泥石流

3、研究和防治工程中不可缺少的參數(shù)。流速VC按照鐵道部推薦的稀性泥石流的計算公式進行計算:5.03211cCIRnaV????式中：a1——泥石流中含沙量變化引起的流速修正系數(shù)，??5.0111???Ha?；R——水力半徑(m)，2.5m；IC——泥石流水力坡度（‰），用溝床縱坡代替；n1——清水河床糙率系數(shù)；?——泥石流泥沙修正系數(shù)，????cHc?????????；c?——泥石流容重（tm3），為1.68tm3；w?——清水容重（tm3

4、），1.0tm3；H?——泥石流中固體物質(zhì)重度（tm3）。根據(jù)以上計算公式，泥石流的平均流速為8.28ms。(3)泥石流流量泥石流流量計算，目前主要有兩種方法，一是雨洪法；二是形態(tài)調(diào)查法。①雨洪法假設(shè)泥石流與暴雨同頻率、且同步發(fā)生，先按水文方法計算出斷面不同頻率下的小流域暴雨洪峰流量(計算方法查閱四川省水文手冊)，然后選用堵塞系數(shù)，按下式計算泥石流流量：??cpcDQQ????1Q=0.264TQc=KTQc一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量

5、QH（m3）：????wHwcHQQ???????根據(jù)該公式，在計算頻率為20年一遇的情況下，某泥石流溝一次泥石流沖出的最大固體物質(zhì)總量為41850m3；在計算頻率為50年一遇的情況下，一次泥石流沖出的最大固體物質(zhì)總量為50480m3。(5)泥石流整體沖壓力泥石流沖擊力是泥石流防治工程設(shè)計的重要參數(shù)。采用規(guī)范推薦的泥石流體整體沖壓力計算公式：gaVccsin2???????式中：?——泥石流整體沖壓力；c?——泥石流容重，1.68tm3

6、；cV——泥石流流速，8.28ms；a——建筑物受力面與泥石流沖擊壓力方向的夾角，取90o；G——重力加速度；λ——建筑物形狀系數(shù)，圓形建筑物取1.0，矩形建筑物取1.33，方形建筑物取1.47。本次建筑物主要以矩形為主，λ取1.33。通過該公式的計算，泥石流的整體沖壓力約15.64104Pa。(6)泥石流體中大石塊的最大流速按照規(guī)范，用以下經(jīng)驗公式計算：5.0maxdaVs??式中：Vs——泥石流中大石塊的移動速度（ms）；α——全面

7、考慮摩擦系數(shù)、泥石流容重、石塊比重、石塊形狀系數(shù)、溝床比降等因素的參數(shù)。3.5≤α≤4.5，平均α=4.0；dmax——泥石流堆積物中最大石塊粒徑（m），為2.5m。通過計算，泥石流大石塊的最大速度為6.32ms。(7)泥石流中石塊沖擊力泥石流中石塊沖擊力的計算參照以下公式（吳積善，《泥石流及其綜合治理》1993）：12γsinαdCQPVCC??AAA式中：Pd——為泥石流中石塊的沖擊力（Pa）；γ——動能折減系數(shù)，對于圓端正面撞擊，