过路涵洞设计中的泥石流模拟计算
泥石流沟各类参数计算
频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/s）Qp 泥石流堵塞系数Dc 泥石流泥沙修正系数Φ 流量（形态调查法） 断面峰值流量Qc 过流断面面积（m2）Wc 断面平均流速Vc
平均粒径
3.278444883 0.608242801
3 0.0744
9.5 0.65
最大冲起高度
爬高
0.548377594 0.877404151
流域面积
12.6
沟长
3.86
沟床纵比 泥石流容重 清水比重 固体物质比重
0.0744
1.641
1
道宽 Wc面积
Vc Qc
Qp
Dc
Φ
1+Φ
Qc
81.86253068 1.5
0.65
1.65 202.6098
最大粒径 12
2.080083823 0.272763634 查表（规范）
1.5 0.65
245.8833662 75
3.278444883
查表 计算
一次泥石流冲出的固体物质总量QH （m3） 泥石流历时T （s）
K
1200 0.264
泥石流整体冲压力（×104Pa） 泥石流容重 泥石流流速 建筑物受力面与泥石流冲击压力方向的夹角 重力加速度 建筑物形状系数
78.68267718 275.3894 167.2007 383.5780513 324.566 1229.416831
Q（1%）
Q（2%）
Q（5%） Q(形态法）
90565.68692
79293.40648
64186.77306 77895.85041
QH （1%）
泥石流计算书1
1.泥石流水文参数计算1.1 计算断面的确定泥石流计算断面的选择主要为流域内典型断面。
1.2 计算公式和参数主要计算公式及参数取自《四川省水文手册》、《泥石流灾害防治工程设计规范》（DZ/T0239－2004）以及《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）。
根据泥石流防治工程的需要，对泥石流流体重度、流速、流量、一次冲出量、一次固体冲出物质总量、泥石流整体冲压力、爬高、最大冲起高度、弯道超高等进行计算和校核。
1.3 主要参数校核1.3.1 短历时暴雨公式当t＜1小时 H tp=S p·t1-n1P n1p=a1+b1·lgp当t=1-24小时 H tp=S p·t1-n2p n2p=a2+b2·lgp S p=H24p·24n2p-1 1.3.2 长历时暴雨公式当T=1-7日 H Tp=H24p·T mp m p=a+b·lgp式中：H tp——短历时t小时的设计暴雨量（mm）；H Tp——长历时t日的设计暴雨量（mm）；H24p——年最大24小时的设计暴雨量（mm）；n1p、a1、b1——短历时（t＜小时）设计暴雨的公式指数及其参数；n2p、a2、b2——短历时（t=1-24小时）设计暴雨公式指数及其参数；m p、a、b——长历时（t=1-7日）设计暴雨的公式指数及其参数，据四川省水文手册附图2-9、2-10查得a=0.45, b=0.01；p——设计频率（%）；S p——设计暴雨雨力（mm/小时）；计算结果见下表：单位：mm 表1-1各种历时设计暴雨量1.3.3 洪水①洪峰流量计算由于棉簇沟泥石流无洪水实测资料，只能用间接法求得洪峰流量，根据暴雨资料，用推理公式计算最大流量，计算成果汇总见表1-1，基本公式：Q P=0.278 ψ· F·S/τn产流参数采用公式：u=（1-n）n(n/(1-n))(S/h n)(1/(1-n))=3.6·F-0.19汇流参数采用公式：m=0.318·θ0.204式中： Q P ——最大流量（m3/s）；ψ——洪峰径流系数，ψ=1-τn·μ/ S P；τ——流域汇流时间（小时），τ=τ0·ψ-1/（4-n）；τ0——当ψ=1的汇流时间，τ0= 【0.383/(m/θS P1/4)】4/（4-n）；m——汇流参数，m=0.055θ0.72；S P——设计暴雨雨力（mm/小时），S P=H24P·24n2p-1；n——暴雨公式指数；F——集水面积（km2），取1.5km2；θ——流域特征系数，θ= L/（J1/3F1/4）；L——沟道长度（km），取1.5km；J——平均坡降（‰），取193.0‰；其余参数见上述。
泥石流流量、流速的测定和计算-secret
泥石流流量、流速的测定和计算
泥石流流量、流速的测定和计算
1 流量的计算
(1)形态调查法
Qm=Fmum 19.3-1
式中Qm—泥石流流量(m3／s)；
Fm—泥石流体的横断面面积(m2)；
um—泥石流流速(m／s)。
【例题17】某地平均每11年发生一次泥石流，泥石流流体的横断面面积为20m2 ，泥石流流速为3.5m/s，按形态调查法进行计算，根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)中有关泥石流分类规定，该泥石流为( )。
A、Ⅰ1；
B、Ⅰ2；
C、Ⅱ1；
D、Ⅱ2；
答案：D
【解答】根据题意有：Fm=20m2；um=3.5m/s；
按形态调查法计算：Qm=Fmum=20×3.5=70m3/s；界于30～100 m3/s之间，属于第二个亚类，即Ⅰ2或Ⅱ2；
另外，平均每11年发生一次，属低频泥石流Ⅱ；故应选择Ⅱ2，答案为D。
过路涵洞设计中的泥石流模拟计算
过路涵洞设计中的泥石流模拟计算吴保生（清华大学）摘要：本文针对过路涵洞设计对泥石流进行了模拟计算。
首先在美国联邦高速公路局现有河流模拟与桥渡冲刷流管模型（BRI-STARS）的基础上，增加了泥石流的模拟计算功能，并根据实测泥石流资料对模型进行了验证。
然后采用修改后的模型，对位于美国科罗拉多州斯奴马西峡谷段的第SH-82号高速公路扩建工程中的泥石流涵洞，进行了不同设计方案的泥石流模拟计算，给出了可靠的涵洞与渠道水力设计参数。
模拟计算结果的分析表明，对于输送泥石流的过路涵洞，若采用传统的水力学计算方法，将会导致设计涵洞尺寸的严重不足。
修改后的BRI-STARS模型可以作为过路涵洞设计中泥石流模拟的有效工具，可用于同类条件下过路涵洞设计的水力计算。
关键词：泥石流模拟; 过路涵洞; BRI-STARS; 流管模型作者简介：吴保生(1959-)，男，清华大学博士。
收稿日期：2000-11-281 引言泥石流是公路交通中经常遇到的重大自然灾害之一。
在泥石流多发地区，泥石流携带的大量泥沙颗粒常常会在路面突然堆积，造成道路交通的中断和堵塞；特别是一些较大的泥石流，还可以凭借其巨大的能量将道路和桥梁冲毁，造成严重的交通事故和巨大的经济损失。
位于美国科罗拉多州斯奴马西峡谷段（Snowmass Canyon）的第SH-82号高速公路，便经常受到来自位于其靠山坡一侧流域的大小不等的泥石流的威胁，图1是现有SH-82号高速公路穿过典型泥石流堆积扇时的情形。
由于公路交通发展的需要，科罗拉多州高速公路局计划在现有SH-82号高速公路的内侧再增加一条道路，使之成为双向封闭的单行高速公路。
为了避免路面的正常运行受到泥石流的频繁威胁，拟对来自靠山坡一侧大小不等流域的泥石流采取必要的工程措施加以控制。
初步设计采用了在路面下设置过路涵洞的方法，将来自流域的泥石流通过涵洞输送到公路下侧的谷地[1]。
在传统的过路涵洞设计中，对于泥石流的水力计算并没有现成的方法可寻。
泥石流运动参数的计算方法
泥石流运动参数的计算方法
马欢;张绍和;刘卡伟
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2010(022)006
【摘要】泥石流的运动参数主要包括容重、流速、流量和冲击力等.泥石流容重主要通过现场调查试验法和形态调查法得到;泥石流流速的计算公式主要有:基于谢才-曼宁公式得到的常用公式、弯道泥位超高法、<规范>推荐的公式和经验估算公式等;泥石流流量的计算方法主要有雨洪修正法、形态调查法、综合成因法等;泥石流对遭遇目标的冲击力包括两种:一种是泥石流的整体冲压力,第二种是泥石流中单块最大冲击力.泥石流的这些运动参数不仅反映了泥石流的规模、强度和流体性质,还直接决定着泥石流防治建筑物的类型、结构和尺寸,是泥石流研究和防治工程设计的基础.
【总页数】4页(P122-125)
【作者】马欢;张绍和;刘卡伟
【作者单位】中南大学地学与环境工程学院,湖南,长沙410083;中南大学地学与环境工程学院,湖南,长沙410083;中南大学地学与环境工程学院,湖南,长沙410083【正文语种】中文
【中图分类】TU434
【相关文献】
1.矮子沟泥石流影响因素及运动参数分析
2.九绵高速平武段泥石流运动参数特征与工程危害
3.泥石流冲击力简化计算方法——以舟曲县三眼峪泥石流为例
4.考虑浆体黏度的泥石流流速计算方法
5.新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝构件受力的简化计算方法
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涵洞+通道水文计算程序
1-2x2.0 1.0
备注
2 K119+795.0 0.05 1.5 11 0.044 0.25 Ⅱ 0.9 110 260
#NAME? 1.00 1.00 #NAME? 涵洞
1-4x3.5 1.0 兼过人，洞内设计台阶
3 K120+087.0 0.06 1.5 27 0.113 0.24 Ⅱ 0.9 110 260
0.357
#NAME? 1.00 1.00 #NAME? 涵洞
1-2x2.0
#NAME? 1.00 1.00 #NAME? 分离式立交 1-16m
1.531 #NAME? 1.00 1.00 #NAME? 涵洞
1-4x3.5
1.0
3.5m宽的碎石路，外业初定为1-6x4.5的通道，由于大里程方
1.0 向水田与被交道的高差较大，该路、排水都比较困难，内业修
计算：
复核：
成安渝 高速公
涵洞水力计算表
第2页 共2页 图号：C15-14
0.439 0.449
0.255 0.253
#NAME? 1.00 1.00 #NAME?
1.730 1.645
1.102 1.053
#NAME? 1.00 1.00 #NAME? #NAME? 1.00 1.00 #NAME? #NAME? 1.00 1.00 #NAME? #NAME? 1.00 1.00 #NAME? #NAME? 1.00 1.00 #NAME? #NAME? 1.00 1.00 #NAME? #NAME? 1.00 1.00 #NAME?
1.5 35 0.292 0.12 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 37 0.032 1.14 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 68.6 0.037 1.83 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 30 0.188 0.16 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 35 0.250 0.14 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 57 0.204 0.28 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 67 0.137 0.49 Ⅱ 0.9 110 260 1.5 85 0.142 0.60 Ⅱ 0.9 110 260
泥石流运动特征参数计算
泥石流运动特征参数计算刘丹【摘要】泥石流运动特征参数主要包括容重、流速、流量和冲击力等.这些参数不仅反映了泥石流自身特性,还影响后期泥石流治理,是泥石流研究和防治工程设计中的一项重要内容.目前,国内关于运动特征参数的计算方法主要有理论公式、经验公式、半经验公式和实验公式.本文介绍了泥石流工程中运动特征参数计算的常用方法,分析了各自特点和适用范围,为了使各项参数取值更加符合实际,还应当考虑现场勘测和试验结果.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2017(043)005【总页数】3页(P82-84)【关键词】泥石流;运动特征;参数【作者】刘丹【作者单位】四川建筑职业技术学院土木工程系,四川德阳 618000【正文语种】中文【中图分类】P642.23泥石流是一种典型的固液两相流[1]，也是一种常见的山地灾害，一旦发生，将会造成较大的人员伤亡和经济损失。
目前，泥石流的防治措施主要有两种：工程措施和生物措施。
文献[2]指出：泥石流的物理力学参数随机性大，属于典型的不良复杂地质，这给后期的防治工作带来挑战。
崔鹏[3]认为由于基础资料相对缺乏，泥石流沟的各种特征参数计算不够准确，有时甚至导致泥石流工程治理失败。
泥石流运动特征参数主要包括泥石流容重、流速、流量和冲击力等。
泥石流运动特征参数的合理选取，是泥石流研究和工程防治设计的一项重要内容。
目前，国内关于运动特征参数的计算方法主要有理论公式、经验公式、半经验公式和实验公式。
本文介绍了泥石流工程中运动特征参数计算的常用方法，分析了各自特点和适用范围，以期为泥石流防治工程设计中运动特征参数的合理取值提供借鉴。
计算断面的选取原则有：①出于工程防治措施和公路设施的考虑，桥位处断面一般都应该选择在内；②出于计算断面特点的关系，特殊断面一般选择为计算断面，如弯道处、大跌水处、断面急剧变化处等；③出于分析泥石流汇流特征的考虑，支沟交汇处一般选择在内；④出于布置工程措施的考虑，一般适合布置防治措施的绝佳位置也会考虑在内。
泥石流年淤积量计算
泥石流年淤积量计算
泥石流年淤积量的计算通常是基于实地监测数据进行统计和分析。
以下是一种计算方法：
1. 首先确定监测区域内的泥石流通道的长度L（单位：米）和宽度W（单位：米）。
2. 利用泥石流监测点记录的流速数据，在整个监测区域内选取多个位置，测量泥石流的平均流速V（单位：米/秒）。
3. 计算泥石流的平均流量Q（单位：立方米/秒）= L x W x V。
4. 将泥石流的平均流量Q乘以泥石流流动的时间T（单位：秒），即可得到泥石流的总淤积量V（单位：立方米）= Q x T。
需要注意的是，以上只是一种一般的计算方法，实际计算过程中可能会考虑更多因素，如泥石流的沉积密度等。
具体的计算还应结合实际情况和相关专业知识进行。
涵洞内力计算范例
3米净跨径2.7米填土暗盖板涵整体计算一.盖板计算1.设计资料汽车荷载等级：公路-II级；环境类别：II类环境；净跨径：L0=3m；单侧搁置长度：0.18m；计算跨径：L=3.18m；填土高：H=2.7m；盖板板端厚d1=30cm；盖板板中厚d2=35cm；盖板宽b=0.99m；保护层厚度c=3cm；混凝土强度等级为C30；轴心抗压强度f cd=13.8Mpa；轴心抗拉强度f td=1.39Mpa；主拉钢筋等级为HRB335；抗拉强度设计值f sd=280Mpa；主筋直径为20mm，外径为22mm，共12根，选用钢筋总面积A s=0.003770m2盖板容重γ1=25kN/m3；土容重γ2=22kN/m3根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中7.0.6关于涵洞结构的计算假定：盖板按两端简支的板计算，可不考虑涵台传来的水平力2.外力计算1) 永久作用(1) 竖向土压力q=γ2·H·b=22×2.7×0.99=58.806kN/m(2) 盖板自重g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(30+35)×0.99/2 /100=8.04kN/m2) 由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用）根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.4的规定：计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。
当几个车轮的压力扩散线相重叠时，扩散面积以最外面的扩散线为准根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定：车辆荷载顺板跨长L a=1.6+2·H·tan30=1.6+2×2.7×0.577=4.72m车辆荷载垂直板跨长L b=5.5+2·H·tan30=5.5+2×2.7×0.577=8.62m车轮重P=560kN车轮重压强Lp=P/L a/L b=560/4.72/8.62=13.77kN/m23.内力计算及荷载组合1) 由永久作用引起的内力跨中弯矩M1=(q+g)·L2/8=(58.81+8.04)×3.182/8=84.50kNm边墙内侧边缘处剪力V1=(q+g)·L0/2=(58.81+8.04)×3/2=100.27kN2) 由车辆荷载引起的内力跨中弯矩M2=p·L2·b/8=13.77×3.182×0.99/8=17.24kNm边墙内侧边缘处剪力V2=p·L0·b/2=13.77×3.00×0.99/2=20.45kN3) 作用效应组合根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定：跨中弯矩γ0M d=0.9(1.2M1+1.4M2)=0.9×(1.2×84.50+1.4×17.24)=112.98kNm边墙内侧边缘处剪力γ0V d=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9×(1.2×100.27+1.4×20.45)=134.07kN4.持久状况承载能力极限状态计算截面有效高度 h0=d1-c-2.2/2=30-3-1.100=25.9cm=0.259m1) 砼受压区高度x=f sd·A s/f cd/b=280×0.003770/13.8/0.99=0.077m根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定:HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。
涵洞内力计算范例
3米净跨径2.7米填土暗盖板涵整体计算一.盖板计算1.设计资料汽车荷载等级：公路-II级；环境类别：II类环境；净跨径：L=3m；单侧搁置长度：0.18m；计算跨径：L=3.18m；填土高：H=2.7m；盖板板端厚d1=30cm；盖板板中厚d2=35cm；盖板宽b=0.99m；保护层厚度c=3cm；混凝土强度等级为C30；轴心抗压强度fcd =13.8Mpa；轴心抗拉强度ftd=1.39Mpa；主拉钢筋等级为HRB335；抗拉强度设计值fsd=280Mpa；主筋直径为20mm，外径为22mm，共12根，选用钢筋总面积As=0.003770m2盖板容重γ1=25kN/m3；土容重γ2=22kN/m3根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中7.0.6关于涵洞结构的计算假定：盖板按两端简支的板计算，可不考虑涵台传来的水平力2.外力计算1) 永久作用(1) 竖向土压力q=γ2·H·b=22×2.7×0.99=58.806kN/m(2) 盖板自重g=γ1·(d1+d2)·b/2/100=25×(30+35)×0.99/2 /100=8.04kN/m2) 由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用）根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.4的规定：计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。
当几个车轮的压力扩散线相重叠时，扩散面积以最外面的扩散线为准根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定：车辆荷载顺板跨长La=1.6+2·H·tan30=1.6+2×2.7×0.577=4.72m车辆荷载垂直板跨长Lb=5.5+2·H·tan30=5.5+2×2.7×0.577=8.62m车轮重P=560kN车轮重压强Lp=P/La /Lb=560/4.72/8.62=13.77kN/m23.内力计算及荷载组合1) 由永久作用引起的内力跨中弯矩M1=(q+g)·L2/8=(58.81+8.04)×3.182/8=84.50kNm 边墙内侧边缘处剪力V1=(q+g)·L/2=(58.81+8.04)×3/2=100.27kN2) 由车辆荷载引起的内力跨中弯矩M2=p·L2·b/8=13.77×3.182×0.99/8=17.24kNm边墙内侧边缘处剪力V2=p·L·b/2=13.77×3.00×0.99/2=20.45kN3) 作用效应组合根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定：跨中弯矩γ0Md=0.9(1.2M1+1.4M2)=0.9×(1.2×84.50+1.4×17.24)=112.98kNm 边墙内侧边缘处剪力γ0Vd=0.9(1.2V1+1.4V2)=0.9×(1.2×100.27+1.4×20.45)=134.07kN 4.持久状况承载能力极限状态计算截面有效高度 h0=d1-c-2.2/2=30-3-1.100=25.9cm=0.259m1) 砼受压区高度x=fsd ·As/fcd/b=280×0.003770/13.8/0.99=0.077m根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度ξb的规定:HRB335钢筋的相对界限受压区高度ξb=0.56。
泥石流流速计算与模型设计方法
目前， 关于泥石流运动及动力机理的研究还不成 熟， 许多方面的认知尚不清晰， 完全从理论上得到的泥 石流输移与堆积计算结果很难同实际符合。同时， 特 殊的沟道地形对泥石流运动过程影响很大， 由于沟道 边界条件复杂， 难以运用解析法定量描述泥石流运动 过程， 因此研究和论证泥石流问题必须借助于模型 试验。 不少学者认为泥石流模型设计可参照河工模型的 设计方法， 原因是泥石流的物理特性和运动特性在若 干方面与高含沙水流相差不大， 如胡平华等［］通过泥 石流试验提出的相似条件与一般的挟沙水流相似律基 本相同； 王协康等［］认为稀性泥石流试验可参考一般 挟沙水流， 而黏性泥石流应以高含沙泥浆为基础， 其相 似条件可近似采取张红武提出的某些模型比尺。 研究发现， 泥石流的运动规律有其自身特性。大 部分情况下， 泥石流不仅会出现高含沙洪水与一般挟 沙水流的输沙， 而且还有较大规模的推移质输沙。因 此， 现有的河工模型设计方法不能直接用于泥石流模 型设计。对泥石流的模型设计， 除与常规河工模型设 计方法一样需要满足水流运动相似条件外， 还应有独 特的相似要求， 尤其要把握泥石流运动特点， 抓住对泥 石流起支配作用的物理法则并确定相似条件。为此， 笔者在寻求泥石流流速计算方法的基础上， 对泥石流 模型的设计方法进行了探讨。
Ｖｏｌ ． ３７ Ｎ
【 水文泥沙】
泥石流流速计算与模型设计方法
张罗号 ， 张红武 ， 张锦方 ， 张廷伟
１ ２ ２
２
（ 江苏 南京 ２１００９８； １． 河海大学 水利水电学院， 北京 １０００８４） ２． 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，
１ ２
似， 分为启动、 运动、 堆积 ３ 个阶段。从运动形式上看， 水平运动是其基本的运动形式， 垂向和横向运动则是 派生的和不稳定的。野外观察表明， 泥石流在大比降 沟道内运动时， 容易挟持沿途巨石随流而下， 同时可冲 蚀、 淘空深数米至数十米的沙质沟床， 能携带许多石块 在比较狭窄的条带上作直线运动， 但在运动过程中还 会出现弯道超高和冲高现象， 以很大的动能冲击和破 坏流路上的障碍物， 迅速通过峡谷直泻山口之外。其 运动过程中既有水流、 泥沙、 石块不断汇入、 侵蚀下切 的形成阶段， 又有沙、 石停息于边岸、 凸岸的堆积阶段。 泥石流流速 ｖ 是反映泥石流运动力学的最重要 的特征值， 同时也是泥石流防治工程设计的基本参数， 只有它才能在实际工程中综合表征上述泥石流运动过 程中的动力学特征。 尽管确定 ｖ 对把握泥石流动力特征起着至关重 要的作用， 但受测试手段和学科研究水平的限制， 尚难 直接建立既有一定理论基础又有实用价值的泥石流流 速计算公式。目前工程上常见的泥石流流速公式分为 黏性泥石流流速公式和稀性泥石流流速公式。 １． ２ 黏性泥石流流速计算公式 吴积善等［］分析了国内的黏性泥石流流速公式， 认为可按泥石流阻力大小分为低阻型、 中阻型及高阻 型泥石流计算公式。
泥石流勘查特征值计算
项目 10分钟 1小时 6小时 24小时 平均雨强 14 40 70 110 变差系数Cv K(P=1%) 0.40 0.43 0.58 0.68
2 2
模比系数 K(P=2%) 2.08 2.165 2.68 3.035
2/3
对应频率设计 K(P=10%) 1.53 1.565 1.75 1.855 H(P=1%) 32.34 96.6 215.25 391.05
K(P=5%) 1.78 1.83 2.145 2.36
2.31 2.415 3.075 3.555
(1)设计暴雨Βιβλιοθήκη 水流量当F 3km 时， Q p F F－流域面积；
Sp
（2）泥石流峰值流量：雨洪法
当F 3km 时， Q p F S p Q p－设计暴雨清水流量， 即暴雨洪峰流量；
P=10% 6.13 6.13 6.05 6.08 5.93 5.65 5.77 3.47 2.98
泥石流峰值流量 P=1% 40.54 40.54 40.40 40.02 38.56 37.72 37.05 23.21 13.74 P=2% 36.72 36.72 36.22 36.41 35.51 33.82 34.58 20.80 17.85 P=5% 31.04 31.04 30.61 30.77 30.02 28.58 29.23 17.59 15.09 P=10% 26.54 26.54 26.18 26.32 25.67 24.44 25.00 15.04 12.90
2
小时雨强(mm/h) P=1% 96.6 96.6 96.6 96.6 96.6 96.6 96.6 96.6 96.6 P=2% 86.6 86.6 86.6 86.6 86.6 86.6 86.6 86.6 86.6 P=5% 73.2 73.2 73.2 73.2 73.2 73.2 73.2 73.2 73.2 P=10% 62.6 62.6 62.6 62.6 62.6 62.6 62.6 62.6 62.6
泥石流计算方法
干线公路灾害防治试点工程技术指南（试行）中华人民共和国交通部二○○六年八月目录1 总则22 灾害调查和评估2 2.1泥石流和水毁 42.2路基病害73 防治工程设计93.1水毁防治工程103.2泥石流防治工程 (14)3.3路基病害防治工程 (15)4施工175 工程验收196 效果评估和总结20附录泥石流相关计算方法211 总则1.1 为提高公路抗灾能力，指导干线公路灾害防治工程试点工作的实施，特制定本技术指南。
1.2 公路灾害防治工程是通过增设和完善公路的灾害防护设施为重点，对公路边坡、路基、桥梁构造物和排（防）水设施进行综合整治，以提高公路抗灾能力的专项工程。
1.3 公路灾害防治试点工程的实施应按照“安全、耐久、节约、和谐”的原则，贯彻“预防为主、防治结合、因地制宜、综合治理”的方针，对公路灾害防治工程采取综合措施进行整治。
鼓励技术创新和采用经过论证的新技术、新材料和新工艺。
1.4 通过实施公路灾害防治试点工程，提高试点路段的抗灾能力、通行能力和行车安全水平，探索总结适合我国国情的公路灾害防治工程技术措施和组织实施方法，为全面实施积累经验。
1.5 本指南适用于干线公路灾害防治试点工程的实施。
1.6 干线公路灾害防治试点工程的实施，除应符合本指南外，还应符合国家有关标准的规定。
2 灾害调查和评估2.1 泥石流和水毁2.1.1水毁调查与评估，必须进行水毁形成条件调查，通过现场勘察认识所在河段的类型及河床变形、地质构造等特点，再结合灾害工程特点，研究水毁的原因。
水毁和泥石流都具有冲击、侵蚀、携带、淤积等破坏能力，但形成机理和流体性质完全不同。
2.1.2洪水与暴雨时空关系密切，以重复发生、夜间多发为特征。
其危害的方式包括冲刷、侵蚀、冲击、淤积、淹没、漫流改道为主，具有突发、集中、历程短、成灾快的特点。
调查评估的重点是洪水发生的时间、历程、流量、频率等。
2.1.3洪水调查的内容和方法见表2.1.3。
泥石流冲击力计算公式
泥石流冲击力计算公式
泥石流的冲击力可以通过多种方法进行估算，其中一种常用的方法是利用泥石流的动能来计算其冲击力。
泥石流的动能可以用以下公式来表示，动能 = 0.5 m v^2，其中m是泥石流的质量，v 是泥石流的速度。
然而，泥石流的质量很难准确测量，因此有时候会采用其他参数来估算冲击力。
例如，有研究表明泥石流的冲击力与泥石流的流量和坡度有关，可以使用以下公式来估算泥石流的冲击力，F = k Q H，其中F是冲击力，k是经验系数，Q是泥石流的流量，H是泥石流的坡度。
另外，还有一些复杂的数值模拟方法可以用来计算泥石流的冲击力，这些方法考虑了泥石流的流体力学特性、地形特征等因素，可以提供更精确的冲击力估算。
总之，泥石流的冲击力计算涉及到多个因素，可以通过动能公式、流量和坡度关系公式以及复杂的数值模拟方法来进行估算。
不同的方法可能适用于不同的情况，需要根据具体情况进行选择。
泥石流流量计算全解
泥⽯流流量计算全解泥⽯流流量计算全解————————————————————————————————作者:————————————————————————————————⽇期：第⼆节泥⽯流流量计算１）频率为P 的暴⾬洪⽔流量计算(P Q ）泥⽯流峰值流量与沟⾕清⽔洪峰流量有关,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:P Q ＝0.278KiF （２-1) 式中：P Q —清⽔洪峰流量(m 3/s ）Ｆ—流域⾯积（k ｍ2); i —1ｈ⾯⾬量(mm);K —汇流系数，查青海省⽔⽂图集,取为０．８。
2)频率为Ｐ的泥⽯流峰值流量计算(CQ )按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,⾸先按⽔⽂⽅法计算出剖⾯不同频率下的⼩流域暴⾬洪峰流量,然后选⽤堵塞系数，按下列公式进⾏泥⽯流流量CQ 计算。
CP C C D Q Q ?+=)1(φ (2－２)式中:C Q —频率为P 的泥⽯流峰值流量(ｍ3/ｓ）；P Q —频率为P 的暴⾬洪⽔设计流量（ｍ3/s ）;C φ—泥⽯流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=; C γ—泥⽯流容重(ｔ/ m 3)；S γ—清⽔的⽐重（t/ m 3）,取值为1.0；H γ—泥⽯流中固体物质⽐重（t/ m 3），取值为２.６5;CD —泥⽯流堵塞系数，取1.1。
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频率Kｉ (mm)F (k ｍ2)Ｑｐ (m 3/ｓ)DcC φQc （m 3／s)热藏龙哇沟 2% 0.8 ２0.3 1.6 7.2２ 1．1 ０.511 1２．00 1％ 21.９ 7.80 12．9７龙藏沟２% 0．８2０.３ 0.5192.３4 １.１ 0．33３３.４３ 1%21.92.５33.71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。
过路涵洞设计中的泥石流模拟计算
过路涵洞设计中的泥⽯流模拟计算泥沙研究 2001年8⽉Journal of Sediment Research第4期过路涵洞设计中的泥⽯流模拟计算吴保⽣(清华⼤学,北京100084)摘要:本⽂针对过路涵洞设计对泥⽯流进⾏了模拟计算。
⾸先在美国联邦⾼速公路局现有河流模拟与桥渡冲刷流管模型(BRI-ST ARS)的基础上,增加了泥⽯流的模拟计算功能,并根据实测泥⽯流资料对模型进⾏了验证。
然后采⽤修改后的模型,对位于美国科罗拉多州斯奴马西峡⾕段的第SH-82号⾼速公路扩建⼯程中的泥⽯流涵洞,进⾏了不同设计⽅案的泥⽯流模拟计算,给出了可靠的涵洞与渠道⽔⼒设计参数。
模拟计算结果的分析表明,对于输送泥⽯流的过路涵洞,若采⽤传统的⽔⼒学计算⽅法,将会导致设计涵洞尺⼨的严重不⾜。
修改后的BRI-ST ARS模型可以作为过路涵洞设计中泥⽯流模拟的有效⼯具,可⽤于同类条件下过路涵洞设计的⽔⼒计算。
关键词:泥⽯流模拟;过路涵洞;BRI-ST ARS;流管模型中图分类号:P642.23 ⽂献标识码:A ⽂章编号:04682155X(2001)04200342071 引⾔泥⽯流是公路交通中经常遇到的重⼤⾃然灾害之⼀。
在泥⽯流多发地区,泥⽯流携带的⼤量泥沙颗粒常常会在路⾯突然堆积,造成道路交通的中断和堵塞;特别是⼀些较⼤的泥⽯流,还可以凭借其巨⼤的能量将道路和桥梁冲毁,造成严重的交通事故和巨⼤的经济损失。
位于美国科罗拉多州斯奴马西峡⾕段(Snowmass Cany on)的第SH-82号⾼速公路,便经常受到来⾃位于其靠⼭坡⼀侧流域的⼤⼩不等的泥⽯流的威胁,图1是现有SH-82号⾼速公路穿过典型泥⽯流堆积扇时的情形。
由于公路交通发展的需要,科罗拉多州⾼速公路局计划在现有SH-82号⾼速公路的内侧再增加⼀条道路,使之成为双向封闭的单⾏⾼速公路。
为了避免路⾯的正常运⾏受到泥⽯流的频繁威胁,拟对来⾃靠⼭坡⼀侧⼤⼩不等流域的泥⽯流采取必要的⼯程措施加以控制。
泥石流流速、堆积模式与降雨量关系模拟实验设计
泥石流流速、堆积模式与降雨量关系模拟实验设计任凯珍【摘要】本文以贾峪东沟为研究对象,介绍了泥石流流速、堆积模式与降雨量关系模拟实验目的、方法、装置和物料.并提出最大堆积长度、宽度和厚度与降雨量的关系,降雨量与泥石流扇状地危险范围的关系,堆积形态比与降雨量的关系及流速与降雨量的关系.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2009(004)004【总页数】2页(P15-16)【关键词】泥石流;流速;堆积模式;降雨量【作者】任凯珍【作者单位】北京市地质研究所,北京,100120【正文语种】中文【中图分类】X820泥石流流速是单位时间泥石流体的运动距离（单位m/s）。
泥石流在不同的流速时，其危害方式不同，泥石流流速是影响泥石流危险性的重要参数之一。
泥石流堆积泛滥过程是泥石流活动全过程的最后一幕，也是泥石流成灾的焦点。
另外，泥石流堆积区常常又是山区人类生产生活最频繁、最密集的场所。
在泥石流活动地区，人们总希望预先知道自己所生活的场所是否安全，以及可能遭遇泥石流泛滥成灾的危害程度，因此对泥石流活动区的堆积模式的研究就成为泥石流灾害地区最重要的非工程减灾措施之一[2]。
降雨是诱发泥石流的关键因素，深入探索泥石流的流速、堆积模式分别与降雨量的关系，对于泥石流预警预报工作具有重要的现实意义。
泥石流的堆积形态和范围是泥石流危险区划分的重要参数，通过小型水槽实验[2]，对降雨量与泥石流流速、堆积模式的关系进行了实验研究，获取了泥石流流速、堆积范围与堆积形态比等方面的数据，得出不同降雨量条件下，降雨量与流速、降雨量与堆积形态以及降雨量与堆积范围的回归公式。
本次实验选择密云县石城镇贾峪东沟为研究对象。
本次实验装置包括人工降雨器、补给箱、流通槽以及堆积板四部分，实验装置示意图见图1。
（1）人工降雨器利用洒水壶或水龙喷头模拟降雨，利用雨量筒和秒表来测量降雨量和降雨强度，再加上小型吹风机吹风，可以达到狂风暴雨的效果。
（2）补给箱[2]补给箱底面面积为17250cm2，最大容积为345000cm3。
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泥沙研究 2001年8月Journal of Sediment Research第4期过路涵洞设计中的泥石流模拟计算吴保生(清华大学,北京100084)摘要:本文针对过路涵洞设计对泥石流进行了模拟计算。
首先在美国联邦高速公路局现有河流模拟与桥渡冲刷流管模型(BRI-ST ARS)的基础上,增加了泥石流的模拟计算功能,并根据实测泥石流资料对模型进行了验证。
然后采用修改后的模型,对位于美国科罗拉多州斯奴马西峡谷段的第SH-82号高速公路扩建工程中的泥石流涵洞,进行了不同设计方案的泥石流模拟计算,给出了可靠的涵洞与渠道水力设计参数。
模拟计算结果的分析表明,对于输送泥石流的过路涵洞,若采用传统的水力学计算方法,将会导致设计涵洞尺寸的严重不足。
修改后的BRI-ST ARS模型可以作为过路涵洞设计中泥石流模拟的有效工具,可用于同类条件下过路涵洞设计的水力计算。
关键词:泥石流模拟;过路涵洞;BRI-ST ARS;流管模型中图分类号:P642.23 文献标识码:A 文章编号:04682155X(2001)04200342071 引言泥石流是公路交通中经常遇到的重大自然灾害之一。
在泥石流多发地区,泥石流携带的大量泥沙颗粒常常会在路面突然堆积,造成道路交通的中断和堵塞;特别是一些较大的泥石流,还可以凭借其巨大的能量将道路和桥梁冲毁,造成严重的交通事故和巨大的经济损失。
位于美国科罗拉多州斯奴马西峡谷段(Snowmass Cany on)的第SH-82号高速公路,便经常受到来自位于其靠山坡一侧流域的大小不等的泥石流的威胁,图1是现有SH-82号高速公路穿过典型泥石流堆积扇时的情形。
由于公路交通发展的需要,科罗拉多州高速公路局计划在现有SH-82号高速公路的内侧再增加一条道路,使之成为双向封闭的单行高速公路。
为了避免路面的正常运行受到泥石流的频繁威胁,拟对来自靠山坡一侧大小不等流域的泥石流采取必要的工程措施加以控制。
初步设计采用了在路面下设置过路涵洞的方法,将来自流域的泥石流通过涵洞输送到公路下侧的谷地[1]。
在传统的过路涵洞设计中,对于泥石流的水力计算并没有现成的方法可寻。
本文采用一维泥石流数学模型对过路涵洞设计中的泥石流进行了模拟计算,提出了可靠的过路涵洞与渠道水力设计参数。
2 流域基本特征第SH-82号高速公路的斯奴马西峡谷段位于美国科罗拉多州的Basalt和Aspen之间。
该峡谷段两侧的大小流域可以分为两种类型[2]:高阶流域和低阶流域。
高阶流域的河网通常大于3阶,流域面积在21.8ha到36.0ha之间,流域平均坡降在36%和57%之间。
底阶流域的河网通常只有1～2阶,流域面积在4.4ha到40.5ha之间,流域平均坡降在53%和78%之间。
位于斯奴马西峡谷段两侧的流域,在河谷和坡脚地带大多有大量的泥石流堆积物。
这些堆积物呈喇叭状由从流域出口向河谷延伸,形成典型的冲积扇外形,见图1。
堆积物的表面一般是比较均匀的;沿堆积扇垂向的取样分析表明,泥石流在这一地区是十分活跃的,呈周期性发生。
历史上在该地区所发生的泥石流,多是由6至9月份之间强度较大的暴雨和春季5月份迅速融化作者简介:吴保生(1959-),男,清华大学博士。
收稿日期:2000211228图1 现有高速公路穿越典型泥石流堆积扇鸟撖图Fig.1 A photo showing the highway passing through the debris fans的雪水所触发的。
年平均降水量约为490.2mm ,其中53.4%为7～4月份的融雪、46.6%为6～10月份的降雨所产生。
3 泥石流模拟泥石流是由泥沙颗粒和水组成的泥浆,其中水的体积比一般小于50%(NRC ,1982)[3],通常是由某一时段的暴雨或迅速融雪所产生。
泥石流作为非牛顿体,它的运动基本上是以间歇的高速层流运动为主。
若不考虑泥石流内部的不均匀性等的影响,则描述泥石流运动的一维基本方程组可以表示为9Q 9x +9A 9t=0(1)9Q 9t +9(αQ 2ΠA )9x +gA 9Y 9x+S f +S e +S i =0(2)其中 式(1)为连续方程,式(2)为能量守恒方程。
式中A 为水流过水断面;g 为重力加速度;Q 为流量;S f 为由紊动剪切力所产生的摩阻坡降;S e 为由河道断面局部扩张或收缩引起的坡降;S i 为由内部粘性耗散所产生的摩阻坡降;t 为时间;x 为沿河道的距离;Y 为泥石流的水(表)面高度;α为非均匀流速分布校正系数。
从数值模拟的角度出发,河道水流可以分为洪水(颗粒的体积比含量小于20%)、泥石流洪水(颗粒的体积比含量在20%和40%之间)和泥石流(颗粒的体积比含量在40%和50%之间)[2]。
根据其粘性颗粒的含量,泥石流又可以分为粘性泥石流和颗粒泥石流。
粘性和颗粒泥石流的模拟方法一般包括(Jinand Fread ,1999)[4]:(a )适合模拟粘性泥石流的粘塑技术;(b )适合模拟颗粒泥石流的颗粒滑动技术;和(c )适合模拟粘性和颗粒泥石流的综合阻力系数技术。
(a )粘塑技术 对于粘性泥石流,通用的指数流变方程可以表示为τi (y )=γm S i (h -y )=τy +μ9u 9yη(3)式中 h 为水深;y 为距河床的距离;u 为沿水流方向的点流速;γm 为泥石流水沙混合体的容重;μ为动力粘滞系数;η为指数方程中的粘性剪切力指数(对宾汉流体,η=1);τi 和τy 分别为内部剪切力和屈服应力。
如果将S i 表示为屈服应力、粘性和有关水力要素的函数,可以得到[4]S i =τy γm D 1+(m +1)(m +2)Q 0.74+0.656m τy μm DA 1m +0.15(4)式中 m =1Πη;D 为水力半径。
有关参数一般表示为体积含沙量的函数。
一般来讲,粘性泥石流要求较小的流速和较大的水深来克服水沙混合体的屈服应力τy 。
(b )颗粒滑动技术 颗粒滑动技术是建立在床面颗粒的稳定性分析基础之上的,考虑了河床坡降、孔隙水压力、泥沙颗粒在床面的摩擦角及涨水和落水过程的影响。
相应的内部粘性耗散所产生的摩阻坡降可以表示为[4]S i =h cos θx -x 1x 2-x 1e tan <bed h +K a Πp -1ex -x 1+1h 9h 9x (5)式中 e 为系数;x 1和x 2分别为孔隙水压力恢复区和泥石流前坡的位置;K a Πp 为常数系数;θ为以度数表示的河床坡降;<bed 为内摩擦角。
(c )综合阻力系数技术 由内摩擦、粘性及紊动产生的剪切力可以用一个综合剪切力来代替,并表示为容重、阻力坡降和水力半径的函数,即τt =γm RS t(6)式中 S t 为综合能坡;τt 为泥石流床面总剪切力。
由此,所有的阻力项便可以用一个与曼宁糙率系数相似的综合阻力系数n t 来表示S t =n 2t f (Q ,R ,A )(7) 根据Jin 和Fread (1999)[4]的研究,粘塑技术一般适合于模拟河床比降小于<bed (20°～30°)的泥石流,而颗粒滑动技术则适合模拟河床比降大于<bed 的泥石流。
对于本研究来说,尽管有些河段的河床比降略大于20°,但多数河段、特别是所关心问题河段的河床比降均小于17°,因而本研究选用粘塑技术。
另外一个在选择模拟方法时应该考虑的因素是泥沙颗粒的大小及粘性细颗粒泥沙含量的多少。
在该地区泥石流冲积扇及沉积物取样表明,其组成中平均有55%是细颗粒泥沙(M ock ,1999)[2]。
较多的粘性细颗粒泥沙含量也要求选用粘塑技术比较合适。
对于综合阻力系数技术来说,只要虚拟的曼宁糙率系数的大小选择合适,其使用范围似乎并没有什么具体的限制。
采用何种泥石流模拟技术和方法,还应根据所研究流域和河网的具体特点来确定。
对于本研究来说,有关流域和河网的主要特点可以概括如下:(1)在所研究的区域内,特别是在靠近冲积扇的上游地带具有良好发育的河网。
对设计过路涵洞来说,其来流河段要么已具有一定的冲刷河槽,要么将开挖一定的导流河槽。
由收缩和扩散引起的局部水头损失是可以忽略不计的,并且不存在建筑物对水流的阻塞现象。
在一般情况下,水流运动可以用一维或准二维模型来描述。
(2)就洪水波的传播和变形而言,河床的坡降是比较陡的。
在保证有足够精度的条件下,水流的运动完全可以用运动波方程(S 0≈S f )来模拟。
水流运动方程中的重力项占了主导地位,因而忽略局部加速度引起的能量损失的渐变流方程便可以用来描述水流的运动。
(3)泥石流由流域出口输送至公路的距离是比较短的。
若以事先给定的流域出口处的泥石流作为模拟河段的来流条件,那么在非常短的时间内,来流的非恒定性便可传播到河段的下游端,结果,洪峰流量的变形是很小的,非恒定的泥石流便可以用一系列概化的恒定流过程来描述。
(4)根据当地的地形条件,设计过路涵洞拟由底坡不同的若干涵洞段组成,表现为由陡坡段与缓坡段相接的变化。
水流在由陡坡段过渡到缓坡段时,在一定的流量下将可能以水跃的形式相衔接。
因而,模型应具有在不间断的条件下模拟过渡水跃的功能。
考虑到以上所述研究流域与泥石流的特点及泥石流过路涵洞的设计要求,本研究拟将非恒定的泥石流简化为一维恒定渐变流进行模拟计算。
为此选择了美国高速公路局研究开发的BRI -ST ARS 模型(M olinas ,1989;M olinas and Wu ,2000)[5,6]作为基础,经过修改后增加了泥石流模拟功能,包括了适合于模拟粘性泥石流的粘塑技术和通用的综合阻力系数技术。
BRI -ST ARS 模型是一个准二维的渐变流通用流管模型,在河流模拟和桥渡设计中广泛采用,一个较为突出的特点是该模型既能够模拟缓流的回水水面线,又能够模拟急流水面线,当由急流过渡到缓流产生水跃时,模型自动以水跃的形式将急流和缓流衔接起来。
模型之所以能够同时模拟急流和缓流以及相应的水跃,是因为模型的水流计算同时使用了能量和动量两个控制方程。
4 模型的验证1997年9月在所研究区域内的编号为M 的流域发生了一场泥石流,本次泥石流是由暴雨触发形成的。
由于设计和研究的需要,H -P 土木技术公司于1999年就该次泥石流形成的河槽进行了调查(M ock ,1999)[2],并给出了若干横断面的最高水面线。
根据所测量的冲积扇面积和厚度,估计本次泥石流堆积的总体积约为2523m 3,相应的径流过程约为15～20年一遇。
图2是泥石流所塑造河槽的一个典型断面,相应的河床比降平均约为12%。
以下我们将用该泥石流来对所建立的模型进行验证。
图2 横断面计算与实测水面线比较Fig.2 Cross section with observedand computed water surface 为了使用上述有限的观测资料来验证修改后的模型,按照图2所示断面形态构造了一个底坡为12%的概化河段。