本發(fā)明涉及一種山洪泥石流流速的計算方法，特別是涉及一種粘性泥石流在V型排導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)中的平均流速計算方法。

背景技術(shù)：

泥石流V型排導(dǎo)槽于1996年提出，通過V型尖底斷面形成三維束流，增大泥石流流速而提高過流能力，起到防淤的作用，在成昆鐵路沿線的泥石流治理中發(fā)揮了巨大成效?，F(xiàn)階段，粘性泥石流排導(dǎo)槽流速計算尚屬空白，主要借鑒以下兩個計算公式進行聯(lián)合求解：

式中，v—泥石流平均流速，m/s；—粘性泥石流糙率系數(shù)，根據(jù)流體特征、溝床特征和縱坡比降查表確定；H_c—水力半徑，m；I_v—排導(dǎo)槽綜合比降；I_x—排導(dǎo)槽橫比降；I_y—排導(dǎo)槽縱比降，根據(jù)成昆及川滇經(jīng)驗值：350‰≥I_v≥200‰，I_x＝1:3～1:10，I_y＝100‰～350‰。

從現(xiàn)階段的計算方法(公式2)可以看出，橫比降I_x和縱比降I_y在排導(dǎo)槽綜合比降I_v計算模型中的權(quán)重相等，是現(xiàn)階段V型排導(dǎo)槽流速計算方法存在的主要問題。例如，相同流體特征和水力半徑前提下，假設(shè)橫比降I_x趨于0、縱比降I_y＝0.3與橫比降I_x＝0.3、縱比降I_y趨于0兩種工況條件，根據(jù)公式(2)計算得到相等的排導(dǎo)槽綜合比降I_v，并根據(jù)公式(1)計算得到相等的泥石流平均流速，然而實際情況是前一種工況條件下泥石流流速遠(yuǎn)大于后一種，與計算結(jié)果差異巨大。因此，橫比降I_x在排導(dǎo)槽綜合比降I_v計算模型中的權(quán)重影響低于縱比降I_y，公式(1和2)的泥石流流速計算值偏高，導(dǎo)致V型排導(dǎo)槽仍存在輸移能力不足而發(fā)生淤積堵塞的情況。

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種粘性泥石流V型排導(dǎo)槽流速的計算方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于不同權(quán)重的縱比降I_y和橫比降I_x的V型排導(dǎo)槽粘性泥石流平均流速計算方法。

本發(fā)明粘性泥石流V型排導(dǎo)槽流速的計算方法，包括：

根據(jù)現(xiàn)場實際地形，采用室內(nèi)試驗?zāi)Ｐ瞳@取排導(dǎo)槽橫比降I_x、排導(dǎo)槽縱比降I_y和泥石流水力半徑H_c3個計算因子的值；

泥石流平均流速通過下述公式，計算得到：

式中，v—泥石流平均流速，m/s；H_c—泥石流水力半徑，m；

I_x—排導(dǎo)槽橫比降；I_y—排導(dǎo)槽縱比降。

進一步地，橫比降I_x在計算模型中的權(quán)重影響低于縱比降I_y。

進一步地，泥石流水力半徑H_c的計算方法滿足下式：

式中，H_c—泥石流水力半徑，m；b—排導(dǎo)槽一半寬度，即槽底至墻身寬度，m；h—排導(dǎo)槽高度，m；I_x—排導(dǎo)槽橫比降。

借由上述方案，本發(fā)明粘性泥石流在V型排導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)中的平均流速計算方法至少具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明通過室內(nèi)模型試驗研究分析，確定了影響V型排導(dǎo)槽中粘性泥石流平均流速的3個主要因子，分別是：排導(dǎo)槽橫比降、排導(dǎo)槽縱比降和泥石流水力半徑，提出基于不同權(quán)重的縱比降和橫比降的V型排導(dǎo)槽粘性泥石流平均流速計算方法，避免現(xiàn)階段橫縱權(quán)重相等導(dǎo)致計算值偏大發(fā)生泥石流輸移能力不夠而淤積堵塞的問題，優(yōu)化了粘性泥石流V型排導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算依據(jù)。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明V型排導(dǎo)槽斷面示意圖；

b 排導(dǎo)槽槽底至墻身寬度 h 排導(dǎo)槽高度

Δh 排導(dǎo)槽V型槽底深度 Ix 排導(dǎo)槽橫比降。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明粘性泥石流V型排導(dǎo)槽流速的計算方法，通過室內(nèi)模型試驗結(jié)果中槽橫比降I_x與縱比降I_y對粘性泥石流運動特征的研究分析，確定影響V型排導(dǎo)槽中粘性泥石流平均流速v的3個主要因子，分別是：排導(dǎo)槽橫比降I_x、排導(dǎo)槽縱比降I_y和泥石流水力半徑H_c。將各因子進行組合并消除量綱，與平均流速進行多元回歸方程分析，確定各因子式的權(quán)重系數(shù)，得到粘性泥石流V型排導(dǎo)槽平均流速v的計算公式：

式中，v—泥石流平均流速，m/s；H_c—泥石流水力半徑，m；I_x—排導(dǎo)槽橫比降；I_y—排導(dǎo)槽縱比降。

確定粘性泥石流V型排導(dǎo)槽平均流速v計算的參數(shù)因子如下：

泥石流水力半徑H_c：泥石流過流斷面面積A與濕周χ的比值，其中過流斷面面積A＝2bh+b²I_X，濕周因此得到：

式中，H_c—泥石流水力半徑，m；b—排導(dǎo)槽一半寬度，即槽底至墻身寬度，m；h—排導(dǎo)槽高度，m；I_x—排導(dǎo)槽橫比降。

I_x—排導(dǎo)槽橫比降，在經(jīng)驗范圍I_x＝1:3-1:10內(nèi)，設(shè)計V型排導(dǎo)槽橫比降I_x。

I_y—排導(dǎo)槽縱比降，在排導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)設(shè)計時根據(jù)實際溝道地形條件確定。

實施例1

如圖1所示。四川地震災(zāi)區(qū)某泥石流治理排導(dǎo)槽工程，粘性泥石流，擬采用V型排導(dǎo)槽增加排導(dǎo)能力。根據(jù)現(xiàn)場實際地形調(diào)查，擬建排導(dǎo)槽所在的堆積扇溝道縱比降I_y＝10％；擬定V型排導(dǎo)槽橫比降I_x＝0.3；根據(jù)堆積扇實際地形的排導(dǎo)條件，確定排導(dǎo)槽高度h＝2.75m和排導(dǎo)槽半寬b＝2.04m。

采用本發(fā)明提出的計算方法，首先得到泥石流水力半徑H_c＝1.28m，然后將排導(dǎo)槽橫比降I_x、排導(dǎo)槽縱比降I_y和泥石流水力半徑H_c計算因子值代入流速計算方法中，得到粘性泥石流V型排導(dǎo)槽平均流速v＝3.02m/s。

實施例2

如圖1所示。云南小江地區(qū)某泥石流治理排導(dǎo)槽工程，粘性泥石流，擬采用V型排導(dǎo)槽增加排導(dǎo)能力。根據(jù)現(xiàn)場實際地形調(diào)查，擬建排導(dǎo)槽所在的堆積扇溝道縱比降I_y＝12％；擬定V型排導(dǎo)槽橫比降I_x＝0.25；根據(jù)堆積扇實際地形的排導(dǎo)條件，確定排導(dǎo)槽高度h＝3.00m和排導(dǎo)槽半寬b＝1.50m。

采用本發(fā)明提出的計算方法，首先得到泥石流水力半徑H_c＝1.05m，然后將排導(dǎo)槽橫比降I_x、排導(dǎo)槽縱比降I_y和泥石流水力半徑H_c計算因子值代入流速計算方法中，得到粘性泥石流V型排導(dǎo)槽平均流速v＝2.92m/s。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。