泥石流分析及流量求解

泥石流分析及流量求解
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（km ²）； 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（
C
Q ）
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C Q 计算。

C
P 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（m ³/s ）；
P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量（m ³/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；
C
D —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
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选用西北地区（铁一院）公式：
3
8c c c v H I α=2
3
（15.3/） （2-5）
式中：
c
v ——泥石流断面平均流速（m/s ）;
c H ——泥石流流体水力半径（m ），可近似取其泥位深度；
c
I ——泥石流流面纵坡比降（‰）；
α——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。

第四节一次泥石流过流总量
一次泥石流总量Q 计算，根据泥石流历时T （s ）和最大流量C
Q （m3/s ），按泥石
流暴涨暴落的特点，将其过程概化成五角形，按下式计算：
C
Q T K Q ⋅⋅= （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按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I 提供的计算公式进行计算：
)
/()(w H w c H Q Q γγγγ--=
式中H Q —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 γ—泥石流重度（t/m3）； w γ—水的重度（t/m3）；
H γ—泥石流固体物质的重度（t/m3）。

第六节泥石流整体冲压力
泥石流整体冲压力计算公式：
αγλ
δsin 2c c
V g
= （2-6）
式中：δ—泥石流整体冲击压力（Pa ）； g —重力加速度（m/s2）；
α—建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角，取90°； λ—建筑物形状系数，方形为1.47，矩形为1.33，圆形为1.0；
c V —泥石流断面平均流速（m/s ）；
计算结果见下表5-6。

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1H ∆计算公式：
g
V H c 22
1=∆ （2-7）
2、泥石流爬高2H ∆计算公式：
g V g V b H c
c 2
28.02≈⋅=∆ （2-8）
式中：b —迎水面坡度的函数。

计算结果见下表5-7。

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著的弯道超高。

计算弯道超高的公式：
2
3212.3lg(/)c H V g R R ∆=⋅ （2-9）
式中：3H ∆—弯道超高值（m ）；
2R —凹岸曲率半径(m)； 1R —凸岸曲率半径（m ）； c V —流速（m/s ）； g —重力加速度（m/s 2）。

计算结果见下表5-8：
第六章防治方案
第一节防治原则、依据
一、防治目标与原则
根据热藏龙哇沟、龙藏沟泥石流的形成特征、危害形式、危害程度、发展趋势，泥石流防治总的目标是减轻泥石流灾害对规划区的危害。

具体目标：
1、根据泥石流的危害性及危险性大小，确定本治理工程措施为永久性工程，各项治理工程必须安全可靠，通过治理，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类型、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态，以保施工安全，为今后泥石流的治理效果监测和灾害预警提供依据基泥石流监测网络，适时监控治理过程中和治理础数据。

为此，治理工程措施应遵循安全可靠、技术可行、经济合理、施工方便、与环境协调的原则。

5）遵循泥石流自身的特点和规律，因地制宜，防、治结合，综合防治。

二、防治依据
（一）规范依据
1、中国地质调查局《泥石流灾害防治工程设计规范》（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/T0220－2006）；
3、中国地质调查局《滑坡、崩塌、泥石流灾害详细调查规范》（1:50000）；
4、中国人民共和国地质矿产行业标准《崩塌、滑坡、泥石流监测规程》（DT/T0223－2004）；
5、国务院2003年394号令下发的《地质灾害防治条例》；
6、《混凝土结构设计规范》（GBJ50010－2002）；
7、《建筑抗震设计规范》（GBJ50011—2010）；
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》（SD120－84）；
10、《城市防洪工程设计规范》(CJJ50－92)；
11、《砌体结构设计规范》（GB50003－2001）；
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）。

第二节防治方案分析
一、防治总体方案
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征及危害程度的基础上，从泥石流形成源头及松散固体物质补给来源入手，在主沟内修建拦挡坝，固沟稳坡，拦蓄泥石流固体物质，降低排导沟的排泄压力和沟内泥沙淤积量。

（1）热藏龙哇沟
拦挡坝：根据热藏龙哇沟泥石流沟内沟道物源特征，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
根据龙藏沟，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洪流，因此简易修建一条排导槽进行治理。

二、防治工程类型和措施分析
（一）拦挡工程功能分析
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，一些地段沟道开阔，具备良好的库容条件，采取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，稳定沟岸，从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效果，这种措施在泥石流防治中广泛采用，并取得了良好的防治效果和防治经验，成为泥石流灾害防治中拦挡坝的主要形式。

根据沟内地形、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）拦挡工程结构分析
（1）热藏龙哇沟
本次施工图设计布设拦挡坝共计2座，其构筑物形式为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—3.2m，以最大限度的拦蓄泥沙为目的。

坝顶设置溢流口，溢流口宽度依据泄流量及沟床宽度确定。

坝基础埋深根据坝址处地层、地质条件和地面以上坝高以及满足抗滑、抗倾覆稳定性要求确定。

如不满足稳定性需求时，可根据需求适当加深基础埋深，以能够达到稳定性要求为宜。

坝肩结合槽根据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，并确保坝肩结合良好，以满足坝体的稳定性要求。

由于热藏龙哇沟内布置的2拦挡坝坝基处于沟道碎石土中，坝肩处于松散堆积物中，且多处变形垮塌，为防止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据，它的分析计算是设计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据《泥石流灾害防治工程设计规范》（DZ/T 0239—2004）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果，另外参考以往资料和相关规范以及地区的一些经验公式分析确定。

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要是生态与地质环境、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、龙藏沟泥石流爆发频繁，进一步加速了区内水土流失，同时，并诱发沟岸边坡垮塌、引发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，进而又导致新的泥石流的爆发。

泥石流对生态与地质环境的危害不仅难以用量来评价，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，均有国外慈善机构援建资金）、1所幼儿园共计师生443人、400万元的固定资产及龙藏村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以及村级公路、耕地、通信光缆、输电线路等。

根据中国地质调查局《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，综合分析泥石流灾害的受灾对象和期望经济损失，适当参考防治工程投资，最终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，特殊荷载下抗滑安全系数应达到1.07，基本荷载下抗倾覆安全系数应达到1.50，特殊荷载下抗倾覆安全系数应达到1.14。

二、设计参数计算
（一）泥石流防治前、后重度值
泥石流的重度反映了流体的含沙量，它受到流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根据查表法综合确定区内热藏龙哇泥石流沟流体重度为1.558t/m 3；龙藏沟泥石流沟流体重度为1.412t/m 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，具有较高的适用性。

本次利用该经验公式计算热藏龙哇沟防治后的重度。

公式如下：
0.150.65c 7.5(/0.06)H i F γ=计
式中：H 计—流域防治工程计算总坝高（m ）；
c γ—泥石流重度（t/m 3
），（取1.593）；
i —沟床平均比降（%）；
F —流域面积（km 2）；
'0.5v S 0.36(/)v S H H =计建
'v S —防治后泥石流固体物质百分含量；
S v —防治前泥石流固体物质百分含量，取0.35～0.37；
H 建：防治工程总坝高（m ）；
'''c (1)v H v S S γγ=⨯+-
'c γ—防治后泥石流重度（t/m 3
）；
H γ—泥石流固体物质重度（t/m 3
），取2.65；
依据上面公式进行计算，热藏龙哇防治后泥石流重度1.309t/m 3，，基本形成携沙水流。

根据对热藏龙哇、龙藏沟泥石流防治后的重度进行测算及经验公式计算对比认为，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选用第五章计算的结果，见表7—1。

表7-1 泥石流流量计算结果表
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。

本次依据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，公式如下：
Q c =（1+Φ）Q B ·D
式中：Q B —频率为p%的暴雨洪水下最大流量（m 3/s ）；。