泥石流动力特征计算

3.3.2泥石流的力学特征

(1)容重

泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量化评分（N ）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为

1.68t/m3。

(2)泥石流流速

泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。

流速VC 按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算: 式中：a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()5.0111+Φ=H a γ；

R ——水力半径(m)，2.5m ；

IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；

n 1

——清水河床糙率系数；

Φ——泥石流泥沙修正系数，

()

()

c

H

c

γ

γ

γ

γ

ω

-

-

=

Φ

；

c

γ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3；

w

γ——清水容重（t/m3），1.0t/m3；

H

γ——泥石流中固体物质重度（t/m3）。

根据以上计算公式，泥石流的平均流速为8.28m/s。

(3)泥石流流量

泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。

①雨洪法

假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量(计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量：

式中：c Q——频率为P的泥石流洪峰值流量（m3/s）；

p

Q——频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/s）；

Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为0.71；

c

γ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3；

w

γ——清水的重度（t/m3），为1.0；

H

γ——泥石流中固体物质重度；

DC——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为1.5。

表3-8泥石流阵流堵塞系数DC值表

按照雨洪法，利用泥石流流量公式计算所得的泥石流最大流量如下表（表3-9）所示：表3-9雨洪法计算最大流量

②形态调查法

在泥石流沟道中选择2-3个测流断面，仔细查找泥石流过境后留下的痕迹，然后测量这些断面上的泥石流流面比降（若不能由泥痕确定，则用沟床比降代替）、泥位高度Hc（或水力半径）和泥石流过流断面面积等参数。用相应的泥石流流速计算公式，求出平均流速Vc后，即用下式求泥石流断面峰值流量Qc：

式中：Qc——泥石流断面峰值流量（m3/s）；

Wc——泥石流过流断面面积（m2），取流通区平均沟道宽8 m，水力半径为2.5 m，过流断面面积为20 m2；

Vc——泥石流断面平均流速（m/s），为8.28m/s。

用上式计算的泥石流断面峰值流量Qc为165.66m3/s。

(4)一次泥石流过程总量计算

一次泥石流总量Q可通过计算法和实测法确定。实测法精度高，但因往往不具备测量条件，只是一个粗略的概算。计算法根据泥石流历时T（s）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按下式计算Q（m3），泥石流历时T取1200s：

Q=0.264TQc=KTQc

一次泥石流冲出的固体物质总量QH（m3）：

根据该公式，在计算频率为20年一遇的情况下，某泥石流沟一次泥石流冲出的最大固体物质总量为41850m3；在计算频率为50年一遇的情况下，一次泥石流冲出的最大固体物质总量为50480m3。

(5)泥石流整体冲压力

泥石流冲击力是泥石流防治工程设计的重要参数。

采用规范推荐的泥石流体整体冲压力计算公式：

式中：δ——泥石流整体冲压力；

γ——泥石流容重，1.68t/m3；

c

V——泥石流流速，8.28m/s；

c

a——建筑物受力面与泥石流冲击压力方向的夹角，取90o；

G——重力加速度；

λ——建筑物形状系数，圆形建筑物取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为主，λ取1.33。

通过该公式的计算，泥石流的整体冲压力约15.64×104Pa。

(6)泥石流体中大石块的最大流速

按照规范，用以下经验公式计算：

式中：Vs——泥石流中大石块的移动速度（m/s）；

α——全面考虑摩擦系数、泥石流容重、石块比重、石块形状系数、沟床比降等因素的参数。3.5≤α≤4.5，平均α=4.0；

dmax——泥石流堆积物中最大石块粒径（m），为2.5m。

通过计算，泥石流大石块的最大速度为6.32m/s。

(7)泥石流中石块冲击力