一種泥石流屈服應(yīng)力和最大淤積厚度計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種泥石流屈服應(yīng)力和最大淤積厚度的計算方法，屬于泥石流防治工 程、水利工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 位于高山河谷區(qū)的城鎮(zhèn)和村莊等居民點大多都修建在泥石流或山洪堆積扇上，山 區(qū)公路、鐵路和其他生命線工程大都經(jīng)過泥石流堆積扇。泥石流經(jīng)過泥石流流通區(qū)，流出 山口進(jìn)入堆積區(qū)時，由于坡度變緩、溝道展寬，泥石流運動速度逐漸減慢并在堆積區(qū)形成淤 積，并可能淤埋其上的居民點和生命線工程。如在汶川大地震后，2008年9月24日北川老 縣城附近的西山坡溝暴發(fā)大規(guī)模泥石流，泥石流進(jìn)入北川老縣城后堆積，最大厚度達(dá)12m; 2010年8月13日，四川綿竹市清平鄉(xiāng)文家溝暴發(fā)特大泥石流災(zāi)害，泥石流在綿遠(yuǎn)河道內(nèi)最 大淤積厚度超過15m，479戶農(nóng)房被掩埋受損，清平鄉(xiāng)衛(wèi)生院、學(xué)校等設(shè)施被嚴(yán)重掩埋，農(nóng)田 被毀300余畝，直接經(jīng)濟損失4. 3億元?？梢姡俾袷悄嗍髦聻?zāi)的主要形式之一，泥石流 淤積厚度是泥石流的最重要參數(shù)之一，也是泥石流災(zāi)害評估和防治的最重要的參數(shù)之一。
[0003] 泥石流的淤積厚度由泥石流性質(zhì)（屈服應(yīng)力和容重）、淤積地坡度決定。特定的泥 石流（特定的屈服應(yīng)力和容重）在特定位置（特定的坡度）有一個確定的最大淤積厚度。 除了淤積地的特定因素外，決定泥石流的最大淤積厚度的關(guān)鍵因素就是泥石流性質(zhì)：泥石 流容重和泥石流的屈服應(yīng)力。泥石流的容重范圍在1500-2300kg/m3之間，泥石流的屈服應(yīng) 力的范圍一般在1000-30000Pa之間。盡管泥石流的容重與屈服應(yīng)力是正比關(guān)系，但因屈服 應(yīng)力的差別，在同一位置條件下不同的泥石流最大淤積厚度可以相差10倍以上，因此研宄 泥石流的屈服應(yīng)力對泥石流的防災(zāi)減災(zāi)理論研宄非常重要。
[0004]目前國內(nèi)外對泥石流的屈服應(yīng)力的計算研宄，主要有2種方法：1)以細(xì)顆粒為主 的研宄，考慮了不同的粘土礦物特性，給出了泥石流的計算公式，但這種方法還沒有考慮粗 顆粒的作用，對于含有粗顆粒的泥石流屈服應(yīng)力計算存在誤差，且有一個待定系數(shù)；2)考 慮了粗顆粒的作用，但沒有考慮細(xì)顆粒的粘土礦物的作用，且待定系數(shù)有3個。
[0005] 泥石流的屈服應(yīng)力由泥石流本身的性質(zhì)決定，泥石流體中的泥沙體積濃度、粘土 礦物成分及含量、粗顆粒的大小、級配分布等都會影響泥石流的屈服應(yīng)力大小。而泥石流體 中的等效粘土礦物百分含量P與泥石流體重所含的蒙脫土、伊利土、高嶺土、綠泥土、班托 土等粘土礦物分別含量有關(guān)（自然界中絕大多數(shù)是含有2種或更多的粘土礦物成分），也與 這些粘土礦物的產(chǎn)地、風(fēng)化程度、地質(zhì)背景等有關(guān)。但現(xiàn)有技術(shù)還不能確定各種粘土礦物的 準(zhǔn)確含量，更不能區(qū)分不同地區(qū)相同種類的粘土礦物的差別，因此無法確定泥石流體中的 等效粘土礦物百分含量P。因此也就無法較為準(zhǔn)確地計算不同頻率下的泥石流的屈服應(yīng)力 和最大淤積厚度，從而無法較準(zhǔn)確地預(yù)警泥石流災(zāi)害發(fā)生的影響程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有計算方法中未同時考慮細(xì)顆粒和粗顆粒的泥石流屈服應(yīng)力、以及泥石流 最大淤積厚度的問題，本發(fā)明結(jié)合細(xì)顆粒的粘土礦物和粗顆粒的實驗研宄，通過反推的方 法確定待定系數(shù)，提出了一種新的泥石流的屈服應(yīng)力和最大淤積厚度的計算方法，為泥石 流防治工程設(shè)計提供依據(jù)。
[0007] 本發(fā)明的原理是：泥石流體中的等效粘土礦物百分含量P需要先根據(jù)已有的泥石 流調(diào)查確定，設(shè)定該流域的泥石流等效粘土礦物百分含量P不變，再根據(jù)泥石流的容重變 化計算出新的屈服應(yīng)力和最大淤積厚度，或計算相鄰的流域（有相同的地質(zhì)背景，并可以 設(shè)定泥石流體中的等效粘土礦物百分含量P是相同的）的泥石流屈服應(yīng)力和最大淤積厚 度。具體計算流程如下。
[0008] 本發(fā)明所述的一種泥石流屈服應(yīng)力的計算方法，包括以下步驟：
[0009] (1)調(diào)查已有泥石流的最大淤積厚度H，淤積底坡坡度0，泥石流容重P，根據(jù)公 式一計算出該次泥石流屈服應(yīng)力t，
[0010] t=pgHsin0 公式一
[0011] H=泥石流最大派積厚度，m
[0012] t=泥石流屈服應(yīng)力，Pa
[0013] P=泥石流容重，kg/m3
[0014] g=重力加速度，=9. 8lm/s2
[0015] 0 =泥石流淤積底坡坡度，度；
[0016] (2)分析該次泥石流的顆粒組成，分別得到C。值、d^直，以及體積濃度C。值（由公 式六計算得到），由公式三和公式四計算得C值，由公式二計算等效粘土礦物百分含量P，
[0017] T =T(lC2e22GP 公式二
[0018] C=aC〇 公式三
【主權(quán)項】
1. 一種泥石流屈服應(yīng)力的計算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 調(diào)查已有泥石流的最大淤積厚度H，淤積底坡坡度0，泥石流容重P，根據(jù)公式一 計算出該次泥石流屈服應(yīng)力t， t=pgHsin0 公式一 H=泥石流最大派積厚度，m t=泥石流屈服應(yīng)力，Pa P=泥石流容重，kg/m3 g=重力加速度，=9. 81m/s2 0 =泥石流淤積底坡坡度，度； (2) 分析該次泥石流的顆粒組成，分別得到C。值、d^直，以及體積濃度C^值，C^由公式 六計算得到，由公式三和公式四計算得C值，由公式二計算等效粘土礦物百分含量P， t=TnC2e22CP 公式二
t=泥石流屈服應(yīng)力，Pa t〇 =經(jīng)驗系數(shù)，Pa:T0=30Pa(C彡 0.47)，或t0=30e5(CKI47)Pa(0.59 彡 00.47)，或丁。=3〇65(^1.47)68(^1.59)卩&(00.59)，〇|彡0.47時：(：1=(：2=0 C=等效泥沙體積濃度，由公式三計算得到 P=等效粘土礦物百分含量（小數(shù)，指泥沙中的含量），待定 a=修正系數(shù)，由公式四計算得到 (；=泥沙體積濃度 C。' =粗顆粒有效泥沙曲率系數(shù)：C。彡1時，C。' = 時，C。' = 1/C。;粗顆粒指粘 粒以外的粗顆粒 (；=粗顆粒泥沙曲率系數(shù) dv =粗顆粒泥沙顆粒體積平均粒徑，mm (；。=常數(shù)，=0.523 dv(l =常數(shù)，=1. 23mm (13。，(11(|和(16(|分別為粗顆粒泥沙中小于30%，10%和60%的泥沙顆粒粒徑，111111 為常數(shù)4= 0? 18，C2= -0.01 ;當(dāng)C。彡0.47時，C1= 0，C2= 0 ;⑶根據(jù)該次泥 石流在不同頻率下的泥石流容重值，或相鄰流域的泥石流容重值，由公式六計算得到泥石 流體積濃度C。值，
P0=水的容重，=l〇〇〇kg/m3 Ps =泥石流中固體顆粒的容重，~ 2700kg/m3， 再根據(jù)顆粒級配的C。值，九值，由前面計算的等效粘土礦物百分含量P，由公式二計算 得到不同頻率下或相鄰流域的泥石流屈服應(yīng)力T。
2. -種泥石流最大淤積厚度的計算方法，其特征在于：根據(jù)權(quán)利要求1的方法所計算 得到的泥石流屈服應(yīng)力t、評估位置的底坡坡度0、不同頻率下或相鄰流域的泥石流容重 P，由公式一可以計算得到不同頻率下或相鄰流域的泥石流的最大淤積厚度H。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種泥石流屈服應(yīng)力和最大淤積厚度的計算方法，屬于泥石流防治工程、水利工程領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案為：根據(jù)已有的泥石流調(diào)查確定泥石流體中的等效粘土礦物百分含量P，設(shè)定該流域的泥石流等效粘土礦物百分含量P不變；根據(jù)該次泥石流在不同頻率下的泥石流容重值，或相鄰流域的泥石流容重值，計算得到泥石流體積濃度C0值；再根據(jù)顆粒級配的Cc值，dv值，由前面計算的等效粘土礦物百分含量P，計算得到不同頻率下或相鄰流域的泥石流屈服應(yīng)力τ和最大淤積厚度H。本發(fā)明可以更準(zhǔn)確地計算不同頻率下或相鄰流域再發(fā)生的泥石流的屈服應(yīng)力和最大淤積厚度，為泥石流災(zāi)害的評估與防范提供有效的技術(shù)支撐。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104809345
【申請?zhí)枴緾N201510200959
【發(fā)明人】余斌, 陳源井
【申請人】成都理工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月24日