泥石流流量计算全解.docx

1、泥石流流量计算全解第二节 泥石流流量计算1）频率为 P 的暴雨洪水流量计算（ QP ）泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量相关， 而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算，其公式为：Q P （2-1）式中： QP 清水洪峰流量（ m3/s）F流域面积（ km2）；i1h 面雨量（ mm）；K 汇流系数，查青海省水文图集，取为 。2）频率为 P 的泥石流峰值流量计算（ QC ）依照泥石流与暴雨同频率、 且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下，第一按水文方法计算出剖面不相同频率下的小流域暴雨洪峰流量，尔后采用拥堵系数，按以

2、下公式进行泥石流流量 QC 计算。QC (1 C )QP ? DC（2-2）式中： QC 频率为 P 的泥石流峰值流量（ m3/s）；QP 频率为 P 的暴雨洪水设计流量（ m3/s）；C 泥石流泥沙修正系数，C( CS ) /( HC ) ；C 泥石流容重（ t/ m3）；S 清水的比重（ t/ m3），取值为；H泥石流中固体物质比重（ t/ m3），取值为；DC 泥石流拥堵系数，取。利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。表 5-3热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表沟名及编号设计KiFQpDcCQc频率(mm)（ km 2）(m3/s)(m3/s)热藏龙哇沟2%1%2%龙藏

3、沟1%第三节泥石流流速计算泥石流流速是决定泥石流动力学性质最重要的参数之一， 目前泥石流流速计算公式多为半经验或经验公式。 一片区各泥石流均属稀性泥石流， 稀性泥石流的流速计算公式本报告采用西北地区（铁一院）公式：vc （23） H c3 Ic8（2-5）式中：vc 泥石流断面平均流速（ m/s）;H c 泥石流流体水力半径（ m），可近似取其泥位深度；I c 泥石流流面纵坡比降（ ）；阻力系数。利用以上公式计算的一片区 2 条泥石流沟峰值流速结果见表 5-4。表 5-4 热藏龙哇、龙藏沟泥石流峰值流速计算结果表沟名及编号设计频率Hc (m)Ic （ ）vc （ m/s）热藏龙哇沟P=2%P=

4、1%龙藏沟P=2%P=1%第四节一次泥石流过流总量一次泥石流总量 Q 计算，依照泥石流历时 T （s）和最大流量 QC （ m3/s），按泥石流狂涨暴落的特点，将其过程概化成五角形，按下式计算：Q K T QC（2-3）式中： K-与流域面积相关的系数； T- 泥石流历时，取 1200s。计算结果见下表 5-5 。第五节一次泥石流固体冲出物一次泥石流固体冲出物依照泥石流灾害防治工程勘查规范 （DT/T02202006）附录 I 供应的计算公式进行计算：Q H Q( cw ) /( H w )式中 QH 一次泥石流冲出固体物质总量（m3）；Q 一次泥石流过程总量（ m3）c 泥石流重度（ t/m

5、3 ）；w 水的重度（ t/m3 ）；H泥石流固体物质的重度（ t/m3 ）。表5-5 热藏龙哇、龙藏沟泥石流沟过程总量及一次固体物质总量计算结果表分类QC (m3/s)T (s)Q （ m3 ）QH （m3）计算频率沟名2%1200热藏龙哇沟1%12002%1200龙藏沟12001%第六节泥石流整体冲压力泥石流整体冲压力计算公式：c V c2 sin（2-6 ）g式中：泥石流整体冲击压力（ Pa）；g重力加速度（ m/s2）；建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角，取 90；建筑物形状系数，方形为 1.47 ，矩形为 1.33 ，圆形为 1.0 ；Vc 泥石流断面平均流速（ m/s）；计算结果

6、见下表 5-6 。表 5-6 热藏龙哇、龙藏沟泥石流冲击压力计算结果表沟名 C(kN/m 3) V C(m/s) g ( ) (kPa)热藏龙哇沟90龙藏沟90第七节泥石流爬高和最大冲起高度1、泥石流最大冲起高度 H 1 计算公式：H 1Vc2（ 2-7）2 g2、泥石流爬高 H 2 计算公式：H 2 b Vcc 2 g （2-8）式中： b 迎水面坡度的函数。计算结果见下表 5-7。表 5-7 热藏龙哇、龙藏沟泥石流爬高和冲起高度计算结果表沟名VC(m/s)爬高 H(m)冲起高度H(m)热藏龙哇沟龙藏沟第八节泥石流弯道超高由于泥石流流速较快，惯性较大，故在弯道凹岸处有比水流更加显然的弯道超高

7、。计算弯道超高的公式：H 3c2 g lg( R2 / R1 ) （ 2-9）式中： H 3 弯道超高值（ m）；R2 凹岸曲率半径 (m) ；R1 凸岸曲率半径（ m）；Vc 流速（ m/s）；g 重力加速度（ m/s2）。计算结果见下表 5-8：表 5-8 热藏龙哇、龙藏沟泥石流弯道超高计算结果表沟名V C(m/s)R2(m) （凹）R1(m)h(m)热藏龙哇沟3516龙藏沟2714第六章 防治方案第一节 防治原则、依照一、防治目标与原则依照热藏龙哇沟、龙藏沟泥石流的形成特点、危害形式、危害程度、发展趋势，泥石流防治总的目标是减少泥石流灾害对规划区的危害。详详目标：1、依照泥石流的危害性及

8、危险性大小， 确定本治理工程措施为永久性工程，各项治理工程必定安全可靠， 经过治理， 使泥石流治理工程在设计频率、 规模的泥石流发生时，不再造成危害。2、治理工程措施是针对泥石流种类、 活动规律等进行， 各项工程包括稳拦、排导等配合使用，综合治理，保证安全。3、应建立可行的后的泥石流动向，以保施工安全，为今后泥石流的治理收效监测和灾害预警供应依照基泥石流监测网络， 合时监控治理过程中和治理础数据。为此，治理工程措施应依照安全可靠、技术可行、经济合理、施工方便、与环境协调的原则。5）依照泥石流自己的特点和规律，就地取材，防、治结合，综合防治。二、防治依照（一）规范依照1、中国地质检查局泥石流灾害

9、防治工程设计规范 （DT/T0239 2004）；2、中华人民共和国地质矿产行业标准泥石流灾害防治工程勘查规范（DT/T02202006）；3、中国地质检查局滑坡、坍毁、泥石流灾害详细检查规范 （ 1:50000）；4、中国人民共和国地质矿产行业标准坍毁、滑坡、泥石流监测规程（DT/T02232004）；5、国务院 2003 年 394 命令下发的地质灾害防治条例 ；6、混凝土结构设计规范 （GBJ500102002）；7、建筑抗震设计规范（GBJ500112010）；8、中华人民共和国水利部砌石坝设计规范 （SL25 2006）；9、中华人民共和国水利电力部浆砌石坝施工技术规定 （SD120

10、84）；10、城市防洪工程设计规范 (CJJ50 92)；11、砌体结构设计规范（ GB500032001）；12、建筑地基基础设计规范 （GB50007-2011）；13、建筑边坡工程技术规范 （GB50330-2013）；14、建筑结构荷载规范 GB 50009-2001；15、建筑变形测量规程（ JGJ/T8 97）。第二节 防治方案解析一、防治整体方案对热藏龙哇沟、龙藏沟应急防治工程提出拦挡、 排导相结合的综合防治方案。拦排结合防治方案即在全面研究区内泥石流发育特点及危害程度的基础上， 从泥石流形成源泉及松弛固体物质补给本源下手，在主沟内修建拦挡坝，固沟稳坡，拦蓄泥石流固体物质，降低排

11、导沟的排泄压力和沟内泥沙淤积量。（ 1）热藏龙哇沟拦挡坝：依照热藏龙哇沟泥石流沟内沟道物源特点， 拟在沟道中上游修建一座格宾石笼坝，沟下游修建重力式拦挡坝。排导槽：在热藏龙哇沟沟口下游各修建一条排导槽，把泥石流排入麦秀河。（ 2）龙藏沟依照龙藏沟， 沟道物源较少， 且植被覆盖率较高， 泥石流爆发时主要为高含沙的大水，所以简单修建一条排导槽进行治理。二、防治工程种类和措施解析（一）拦挡工程功能解析本次防治工程设计中下游段坝体结构采用抗剪切、 抗冲击力强的拦挡坝， 以增加其安全可靠程度。 治理区流域内泥石流补给物质主要位于主沟段， 泥沙补给段比较集中， 一些地段沟道广阔， 具备优异的库容条件， 采

12、用沟内拦挡工程将产生巨大的拦砂效益和稳坡护岸作用， 抬高沟床，牢固沟岸， 进而减少其对泥石流的固体物质补给， 起到很好的泥石流防治收效， 这种措施在泥石流防治中广泛采用，并获取了优异的防治收效和防治经验， 成为泥石流灾害防治中拦挡坝的主要形式。依照沟内地形、 地质条件，本次设计在热藏龙哇沟道中下游段选择采用混凝土重力式拦挡坝和格宾石笼坝。（二）拦挡工程结构解析（1）热藏龙哇沟本次施工图设计布设拦挡坝共计 2 座，其修建物形式为1 座格宾石笼坝，1座C25混凝土坝体，均采用坝顶溢流的形式。本次设计的拦挡坝地面以上有效坝高（不含溢流口高度）在1.6 ，以最大限度的拦蓄泥沙为目的。 坝顶设置溢流口，

13、 溢流口宽度依照泄流量及沟床宽度确定。坝基础埋深依照坝址处地层、 地质条件和地面以上坝高以及满足抗滑、 抗推翻牢固性要求确定。 如不满足牢固性需求时， 可依照需求合适加深基础埋深， 以能够达到牢固性要求为宜。坝肩结合槽依照各拦挡坝坝址处坝肩的地层岩性条件和工程地质条件确定。碎石土层坝肩嵌入深度不小于 2-3m，并保证坝肩结合优异，以满足坝体的牢固性要求。由于热藏龙哇沟内部署的 2 拦挡坝坝基处于沟道碎石土中， 坝肩处于松弛积聚物中，且多处变形垮塌，为防范坝基冲刷和保护坝肩及拦挡两侧沟岸坍塌物，在坝肩两侧设翼墙。第七章 防治工程设计第一节 设计参数设计参数是工程设计的重要依照，它的解析计算是设计

14、工作的一项主要内容，其正确与否直接关系到工程的安全性、 可靠性和投资的经济合理性。 由于泥石流的形成和运动机理十分复杂， 本次热藏龙哇、 龙藏沟泥石流防治工程的设计参数主要依照泥石流灾害防治工程设计规范 （DZ/T 02392004）及相关地质灾害防治规范执行， 一些参数的计算直接引用勘查成就， 其他参照过去资料和相关规范以及地区的一些经验公式解析确定。一、防治工程安全等级和设计标准泽库县麦秀镇龙藏村热藏龙哇沟、 龙藏沟泥石流灾害危害对象主若是生态与地质环境、居民点、学校及各项工农业设施。1、流域生态与地质环境泥石流对生态与地质环境的危害属泥石流伴生灾害。由于泽库县麦秀镇龙藏村热藏龙哇沟、 龙

15、藏沟泥石流爆发频频， 进一步加速了区内水土流失，同时，并引起沟岸边坡垮塌、惹起次一级更大范围的滑坡，使得沟岸两侧的林地逐渐丧失， 流域生态和地质环境进一步恶化， 进而又以致新的泥石流的爆发。 泥石流对生态与地质环境的危害不但难以用量来议论， 而且是十分难以恢复的。2、居民点泽库县麦秀镇龙藏村热藏龙哇沟、龙藏沟泥石流危害区内有 2 所寄宿学校（尼桑堂小学、龙藏完小，均有外国慈善机构援建资本） 、1 所少儿园共计师生443 人、 400 万元的固定财富及龙藏村 61 户（ 305 人）村民等。3、各项基础设施泽库县麦秀镇龙藏村热藏龙哇沟、 龙藏沟泥石流危害区内的各项工农业设施主要包括省道 S203

16、 以及村级公路、耕地、通信光缆、输电线路等。依照中国地质检查局 泥石流灾害防治工程设计规范 （ DT/T0239-2004）规定，结合已有的工程治理措施， 综合解析泥石流灾害的受灾对象和希望经济损失，合适参照防治工程投资， 最后确定该泥石流防治工程安全等级应定为二级。 相应的防治工程主体工程设计标准应按 50 年一遇的降雨强度设计，拦挡工程基本荷载下抗滑安全系数应达到 1.20 ，特别荷载下抗滑安全系数应达到 1.07 ，基本荷载下抗推翻安全系数应达到 1.50 ，特别荷载下抗推翻安全系数应达到 1.14 。二、设计参数计算（一）泥石流防治前、后重度值泥石流的重度反响了流体的含沙量， 它碰到流

17、域泥沙补给条件和沟床输沙能力的共同影响。1、防治前重度值本设计泥石流防治前重度值依照查表法综合确定区内热藏龙哇泥石流沟流体重度为3；龙藏沟泥石流沟流体重度为 3。2、防治后重度值泥石流防治后的重度计算经验公式， 经过在一些泥石流沟防治工程的计算检验，拥有较高的适用性。 本次利用该经验公式计算热藏龙哇沟防治后的重度。 公式以下：H 计 7.5 c (i / 0.06) F 式中： H 计 流域防治工程计算总坝高（ m）；c 泥石流重度（ t/m 3），（取 1.593 ）；i 沟床平均比降（ %）；2F流域面积（ km）；Sv v ( H 计 / H 建 )Sv 防治后泥石流固体物质百分含量；S

18、 防治前泥石流固体物质百分含量，取0.35 0.37 ；vH 建 ：防治工程总坝高（ m）；cSv H(1 Sv )3）；c 防治后泥石流重度（ t/mH 泥石流固体物质重度（ t/m 3 ），取 2.65 ；依照上面公式进行计算， 热藏龙哇防治后泥石流重度3，基本形成携沙水流。依照对热藏龙哇、 龙藏沟泥石流防治后的重度进行测算及经验公式计算比较认为，防治后泥石流重度将大为降低。（二）泥石流流量1、泥石流防治前峰值流量本设计泥石流防治前峰值流量直接采用第五章计算的结果，见表 71。表 7-1 泥石流流量计算结果表FQQcQQ项目P2%P1%C2%C1%(km2 ）(m3 /s)(m3/s)(t

19、/m 3)(m3/s)(m3/s)热藏龙哇龙藏沟2、泥石流防治后峰值流量防治后流量大小是泥石流防治工程设计中的重要参数。 本次依照上述对防治后泥石流重度的测算结果， 确定防治后泥石流流量。 采用配方法计算，公式以下：Qc=（1+） QBD3式中： QB频率为 p%的暴雨洪水下最大流量（ m/s ）；3QC频率为 p%的暴雨洪水下的泥石流流量（ m/s ）；D拥堵系数，取 1.1 ； 泥石流流量增加系数。=（ c1）/ （ h c）c泥石流防治后重度（ t/m 3）。h泥石流颗粒重度，取3。Q P ( 2%) 0.278 RIF3式中： QP清水洪峰流量（ m/s ）F流域面积（ km2）；I1

20、h 面雨量（ mm）；R汇流系数，查青海省水文图集。计算结果见表 52。表 72防治后泥石流流量计算结果表3拥堵系数防治后泥石流流量沟名2洪水流量（ m/s ）1+3F(km )D(m /s)2%( )2%热藏龙哇沟龙藏沟依照上述计算， 本次泥石流防治工程推行后， 在五十年一遇降雨条件下，热藏龙哇、龙藏沟沟口的泥石流流量为 9.78 、3/s 。（三）泥石流流速热藏龙哇、龙藏沟沟谷狭窄，因上游山高坡陡，沟谷短而沟床纵坡降大，泥石流被拘束于沟槽中运动，能量易聚不易散，所以泥石流拥有流速快、位能高、动能积累快的特点。 本设计泥石流流速采用第四章计算的结果经西北地区 （铁一院）计算公式校核计算，综合

21、确定。表 7-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流峰值流速计算结果表沟名及编号 设计频率 Hc (m) Ic （ ） vc （ m/s）P=2%热藏龙哇沟P=1%P=2%龙藏沟P=1%（四）一次泥石流过程总量及冲出固体物质总量本设计泥石流一次泥石流过程总量及冲出固体物质总量采用第五章计算的结果。表 5-5 热藏龙哇、龙藏沟泥石流沟过程总量及一次固体物质总量计算结果表分类沟名 计算频率 QC (m3/s) T (s) Q （ m3） QH （ m3）2%1200热藏龙哇沟1%12002%1200龙藏沟1%1200（五）冲击力冲击力是破坏防治工程修建物的主要作用力之一， 其大小与泥石流流量、 流速、重度等相

22、关， 它的设计要经过多次试算才能确定。 泥石流冲击力是泥石流防治工程设计的重要参数。 分为流体整体冲压力和个别石块的冲击力两种。 在此只对其整体冲击力、冲起高度和弯道超高分别进行计算。1、泥石流体整体冲压力计算依照第四章计算，泥石流整体冲压力直接采用其计算结果，表 5 4。表 54 各拦挡坝坝址断面处泥石流冲击力计算结果表沟名C(kN/m 3)V C(m/s)g ( ) (kPa)热藏龙哇沟902、泥石流冲起高度计算依照公式对泥石流在不相同频率下的最大冲起高度 H 与在爬高过程中由于碰到沟床阻力的影响的爬高 h 进行计算，计算结果见表 5 5。表 74 泥石流冲起高度 H 和 h 计算成就表沟

23、名 C(kN/m 3) V C(m/s) g ( ) (kPa)热藏龙哇沟90龙藏沟90三、设计参数采用热藏龙哇、龙藏沟泥石流重度、流量、流速及冲击力设计值见表 5 6、5-7 。表 7 5泥石流设计参数项目参数泥石流沟床粗糙率平均泥深 H（m）c计水力坡度算固体物质重度 h（ t/m 3）参泥石流重度 c（t/m3）数3）泥石流最大流量 Q（s/ mc泥石流平均流速 Vc（m/s）表76名称与代号3最大泥石流设计流量 Qc（m/S ）3一次泥石流过流总量 Q（ m）3一次泥石流固体冲出物 Qh（m）泥石流整体冲击力 F（ kpa）3浆砌块石、混凝土坝砌体重度 b（KN/m）3泥石流重度 c（

24、KN/m）热藏龙哇沟 龙藏沟 拦挡坝设计参数热藏龙哇沟 龙藏沟 25 25 第二节 防治工程修建物设计（一）热藏龙哇沟治理工程设计1、拦挡坝设计拦挡坝是本次防治热藏龙哇泥石流的主要措施， 拦挡坝体型式采用重力式拦挡坝和格宾石笼坝。 坝的主要功能已在第六章第二节中详述， 现仅对各拦挡坝构筑物的设计进行说明。（1）、平面部署拦挡坝主要部署在热藏龙哇主沟沟道内， 分布于沟道下游及沟口， 热藏龙哇从下游往上部署，一次编号 1#拦挡坝、 2#拦挡坝；详见总平面部署图。（2）、断面设计1）拦挡坝的种类1# 拦挡坝为混凝土坝，采用 C25 混凝土现浇； 2# 拦挡坝采用格宾石笼。2）拦挡坝的截面型式1# 拦挡坝 :1#拦挡主坝坝体均采用 C25 混凝土浇筑，坝顶宽，迎水坡坡比 1:0.4 ，背水坡坡比 1:0.2 ，据当地最大冻深埋深约 2.4 6m，坝基础埋深取；坝体设置泄水孔，泄水孔采用 90cm(高) 60cm（宽）的矩形孔，水平净间距，外倾坡度 5%，泄水孔依照坝高设置 1 排。坝体设伸缩缝，资料采用二毡三油。2# 拦挡坝 :2# 拦挡坝为格宾石笼坝， 坝顶宽 2.0m ，迎水面每层缩进 0.75m ，背水面每层缩进 0.25m ；依照当地最大冻深埋深约 2.4 6m，坝基础埋深取；坝上设置溢流口，溢流口宽 3m, 高 0.5m 。3）翼墙的截