專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ行業(yè)工程建設(shè)技術(shù)研究領(lǐng)域，具體為ー種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)江河眾多，河流堤防線長(zhǎng)，許多電カ輸電線路不可避免地需要沿靠河堤或跨越河堤走線。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-94)規(guī)范，電カエ程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)多為50年、100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而目前我國(guó)堤防設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)多在20年一遇左右，故當(dāng)發(fā)生50年或100年一遇洪水時(shí)，堤防有可能發(fā)生潰堤的可能。堤防潰ロ后會(huì)產(chǎn)生流速較大的水流，水流對(duì)土壤產(chǎn)生沖刷，并形成一定規(guī)模的沖刷坑，沖刷坑對(duì)工程基礎(chǔ)的安全威脅很大，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)必須進(jìn)行潰堤洪水計(jì)算，計(jì)算出潰堤的水深、流速、沖刷坑的深度和范圍等等，以確保電カ工程的安全?！じ鶕?jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，工程附近堤防是否有潰堤的可能可從以下兩方面考慮I)堤防的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量(即堤防的等級(jí))。凡防洪標(biāo)準(zhǔn)不高、土質(zhì)較差、堤身單薄、堤基不良的情況都有潰堤的可能；2)堤防迎水面有無(wú)臺(tái)地、臺(tái)地高程和寬度。若臺(tái)地高程較高，且有一定的寬度，土質(zhì)抗沖性能良好，可不考慮潰堤的可能；若堤防迎水面無(wú)臺(tái)地，河泓逼近堤腳，迎流頂沖，或堤防迎水面臺(tái)地較窄、土質(zhì)差，難以抗拒河床的橫向沖刷時(shí)，則應(yīng)考慮潰堤的可能。以前的電カエ程規(guī)程、規(guī)范等等未對(duì)電カエ程附近潰堤計(jì)算作明確的論述，2010年中國(guó)電カ規(guī)劃設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)主持編制的《電カエ程水文氣象計(jì)算手冊(cè)》(簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算手冊(cè))中作了如下說(shuō)明I)河道潰堤ロ門(mén)最大單寬流量計(jì)算。河堤潰決后，其泄流情況與水庫(kù)潰壩下泄洪水性質(zhì)相類(lèi)似其主要區(qū)別在于潰口上側(cè)水位變化不同。水庫(kù)潰壩后其洪水位一般降低不多，甚至維持不變，且負(fù)波不明顯。為簡(jiǎn)化計(jì)算，茲仍用潰壩最大流量簡(jiǎn)化公式的形式近似地估算潰堤最大單寬流量，即q = 0. 9IH372 (I)式中q——潰堤ロ門(mén)最大單寬流量，m3/s m ；H——潰堤水位下的水頭，m ;假定堤防瞬時(shí)潰決至地面，超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水位下的水頭H值也可以堤高代入。堤防決ロ的部位不同，對(duì)下泄流量的影響也有不同，可用側(cè)堰系數(shù)K。值來(lái)訂正，SPq = 0. 9 IKcH372 ( 2)當(dāng)決ロ橫斷面與河水流向平行時(shí)，Kc = 0.8 0.9 (—般可取0.85);當(dāng)決ロ橫斷面與河水流向垂直吋，K。= 1.0。當(dāng)決ロ橫斷面與河水流向交角P在0° 90°之間時(shí)，可按其角度的正弦值即按SinP值內(nèi)插。所以，當(dāng)河堤決ロ橫斷面與河水流向平行吋，q = 0. 91X0. 85H3/2 = 0. 77H3/2 (3)
2)潰堤ロ門(mén)堤下的臨界水深計(jì)算。由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況各異，建議按閘下臨界水深公式計(jì)算，即
權(quán)利要求
1.一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于，由多個(gè)土層構(gòu)成的復(fù)合土層，在沖刷坑深度的計(jì)算中，將所述復(fù)合土層層厚換算為在同樣沖刷條件下物理性質(zhì)相當(dāng)?shù)膯我涣酵寥赖挠行雍?，用于上述?jì)算的對(duì)比分析； 所述有效層厚的求算過(guò)程中，不同粒徑土層之間互化過(guò)程如下 設(shè)土層M為待轉(zhuǎn)化土層，土層N為目標(biāo)粒徑值土層，其層厚分別為L(zhǎng)M、LN，粒徑分別為dM、dN，則土層M換算為目標(biāo)粒徑后的有效層高Lm’為V =LmX (dM/dN) Y (8)； 上式中，Y為修正系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于 所述修正系數(shù)Y初始值可取為I，試算后根據(jù)實(shí)際潰堤調(diào)查情況及本地歷史數(shù)據(jù)綜合取定采值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)、設(shè)所述待測(cè)復(fù)合土層由地表至地下依次包括土層I、土層2、土層3至土層η，η為自然數(shù)； 設(shè)每個(gè)單層土層的土壤平均粒徑為屯，土層高度為L(zhǎng)i, i=l, 2，……η ； (2)、利用土壤局部沖刷公式計(jì)算平均粒徑為Cl1的土壤沖刷坑最大深度H1 如氏〈土層I高度L1，則計(jì)算結(jié)束，H1即為所求沖刷坑的最大深度； 如H1SL1，則進(jìn)入步驟(3)； (3)、利用土壤局部沖刷公式計(jì)算平均粒徑為d2的土壤沖刷坑最大深度H2，計(jì)算土層I和土層2構(gòu)成的一級(jí)復(fù)合土層換算成平均粒徑為d2時(shí)的有效層高L12’ = (LfL1X (Cl1Al2)Y) 如H2〈L12’，則計(jì)算結(jié)束，(H2-L1X (Cl1Al2) ^L1)即為所求沖刷坑的最大深度； 如L2>L12’，則進(jìn)入步驟(4)； (4)、利用土壤局部沖刷公式計(jì)算平均粒徑為d3的土壤沖刷坑最大深度H3,計(jì)算土層I、土層2和土層3構(gòu)成的二級(jí)復(fù)合土層換算成平均粒徑為d3時(shí)的有效層高L123’=(L3+L2X (d2/d3) ^L1X (Vd3) γ) 如H3〈L123’，則計(jì)算結(jié)束，(H3-L2X (d2/d3) WL2-L1X (Vd3) ^L1)即為所求沖刷坑的最大深度； 如H3>L123’，則按照上述規(guī)則繼續(xù)計(jì)算，直至計(jì)算出平均粒徑為dk的沖刷坑最大深度Hk小于土層I至土層k構(gòu)成的多級(jí)復(fù)合土層的有效層高，即Hk〈(U+LhX (d^/d,)Y+Lk_2X (dk_2/dk) Y……+L1X ((Vdk) Y)或全部土層計(jì)算結(jié)束，k為3至n以內(nèi)的自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于，所述土壤局部沖刷公式采用非粘土局部沖刷公式，即
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于公式(9)中，下泄水流流速分布動(dòng)量的修正系數(shù)通常取值為I. 10。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于公式(9)中，沖刷坑范圍內(nèi)泥沙的比重G1通常取值為2.7。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，其特征在于公式(9)中，若水體含沙量不大，潰泄水體的比重通常取值為1.0。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多土層潰堤的沖刷深度計(jì)算方法，在多土層的復(fù)雜計(jì)算過(guò)程中，估算與復(fù)合土層物理性質(zhì)相當(dāng)?shù)膯瓮翆訁?shù)作為替換參數(shù)，將問(wèn)題化解為單土層計(jì)算問(wèn)題。而針對(duì)單土層沖刷坑的分析與計(jì)算在現(xiàn)有技術(shù)中已被成熟應(yīng)用。故本發(fā)明在確保滿足工程實(shí)際需要及計(jì)算精度的情況下，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，使復(fù)雜的土層結(jié)構(gòu)情況在潰堤分析中更易于處理，能更好的應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，提高工作效率。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102789534SQ201210285450
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者張洋 申請(qǐng)人:江蘇省電力設(shè)計(jì)院