美坑泥石流计算书

安徽省黟县美溪乡美坑泥石流治理工程设计

计算书

计算：余振锡

校对：孙凤贤

审核：马作明

安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院

2007年8月

目录

一、泥石流设计计算基本思路 (4)

二、泥石流计算所需基本特征值参数. (4)

（一）泥石流体重度γc的确定及确定方法 (4)

（二）泥石流体颗粒组成的确定 (6)

（三）泥石流固体颗粒重度γH确定及确定方法 (7)

（四）泥石流流体粘度η确定及确定方法 (7)

三、泥石流设计动力学参数取值 (8)

（一）泥石流流速 (8)

（二）泥石流峰值流量 (9)

（三）一次泥石流过程总量计算 (12)

（四）泥石流石块运动速度计算 (13)

（五）泥石流冲击力计算 (14)

（六）泥石流冲起高度的确定 (15)

（七）泥石流的弯道超高 (16)

（八）泥石流设计参数取用 (16)

四、拦挡坝稳定性、强度、地基承载力计算 (17)

（一）、选定验算的断面参数 (17)

（二）、荷载取值及组合 (19)

（三）、坝体稳定性、地基承载力计算 (22)

（四）、坝体强度计算 (24)

五、排导槽验算 (30)

六、计算断面与选择断面关系说明 (32)

一、泥石流设计计算基本思路

泥石流设计计算的基本思路是：

1、确定所需的基本特征值参数

2、确定动力学参数

3、确定所要验算的拦挡结构断面参数

4、确定荷载组合及计算荷载

5、计算拦挡结构的抗滑、抗倾覆稳定性，拦挡结构截面抗剪强度、抗压强度、地基承载力计算验算

6、导流槽截面验算

7、决定选择的断面参数是否合理，如果合理则按所选方案进行设计。

二、泥石流计算所需基本特征值参数.

（一）泥石流体重度γc的确定及确定方法

按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220－2006），采用现场称重法并结合当地目击者回忆以及工程经验进行综合确定。

1、现场调查试验法（称重法）

选择泥石流流通区后段及堆积区较典型泥石流体地段进行现场采样（采样的要求严格按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220－2006）执行），同时选择8～10位目击者，根据当时的目击状况配置泥石流体样品，进而得出了泥石流的重度参考值，计算公式见式（1）。共得出了三组数据，见表1。

γc＝G c/V （1）

式中：γc为泥石流体重度（kg/m3）

G c为样品总重（kg）

V 为泥石流样品体积（m3）

2、形态调查法

在现场回访多人次，描述当时见到的泥石流体的“稀稠”状态，按此进行判断。判断表见表2。

分析表1、表2，同时结合泥石流体的成分组成、颗粒组成特点，参照类似工程经验，综合取定本地泥石流重度取值为1550kg/ m3即15.5kn/m3。

（二）泥石流体颗粒组成的确定

泥石流体颗粒组成可采用体积法和方格网法，其中体积法较为准确，本次采用该法确定泥石流体颗粒组成。

本次设计在泥石流堆积区、流通区共选择3个测点现场采样并采用现场大颗分法进行测试。具体的测试方法严格按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220－2006）规定现场颗分法进行。

3个代表性地段采取的样品重量在230～360kg之间，得到的测试结果见表3。

测试结果表明：

组成泥石流体的主要颗粒级别在50mm以下，约占总重的85％以上，其次是50mm~100mm之间的颗粒，约占总重的6％左右，100～150mm约占总重的4％左右，150～200mm约占总重的3％左右，而大于200mm以上的颗粒只占总重的2％左右，分析结果表明，组成泥石流的主要为粒度较小的颗粒，这与形成泥石流体的松散物质来源主要为残坡积层有关，而残坡积层内的主要碎石成分均来源于相对软弱的页岩及泥质灰岩基岩的风化物。

表3泥石流颗粒分析一览表

（三） 泥石流固体颗粒重度γH 确定及确定方法

采用比拟法确定泥石流固体颗粒重度γH 。

按照铁道及公路系统积累的经验，泥石流固体颗粒重度γH 一般取

值范围为24kn/m 3～27kn/m 3之间，主要取决于泥石流主要的母岩组成分。根据本处泥石流体的特征，选定泥石流固体颗粒重度γH 为26 kn/m 3。

（四） 泥石流流体粘度η确定及确定方法

采用形态调查法确定，本次设计根据形成泥石流的山坡、沟床、土壤特征，并访问了10位老居民所见的暴发泥石流时的流体形态描述，按下表4确定泥石流粘度η。

表4泥石流粘度η选定表

根据10位老人回忆，有6位认为当时泥石流体应为稠浆状，3位认为应为稀泥状，1位认为为稠泥状；而根据场地调查，按照土壤学土体分类，山坡的主要组成应为粉土及重质砂粘土，故综合判定泥石流粘度η取值为1.0 Pa.s 。

三、泥石流设计动力学参数取值

泥石流设计还需要其他特征值参数，这些参数主要根据泥石流工程经验及动力学、水力学、水文学有关原理得出，即泥石流设计所需的动力学有关参数的计算与选定。

这些特征值参数包括泥石流流速、泥石流流量、一次泥石流过程总量、泥石流石块运动速度、泥石流冲击力、泥石流冲起高度和泥石流弯道超高。

（一） 泥石流流速

计算泥石流的公式较多，大多带有经验性质，一般分为稀性泥石流流速计算公式、粘性泥石流流速计算公式和泥石流中大块石计算公式三类。按照本处泥石流的特点，我们采用铁二院计算公式，见式2。

2/13/2111

I H n

V mv H c ⋅⋅⋅+=ϕγ （2） 式中：c V －泥石流流速，（m/s ）; γH －固体物质重度（t/m 3），取为2.6t/m 3;

υ－泥石流重度修正系数（泥石流泥沙修正系数）；

1/n －泥石流清水沟床糙率系数。

上述计算公式中泥石流泥沙修正系数υ值可按照相关公式计算，也可依据“泥石流易发程度综合评分得分值N ”查取《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220－2006）中相应表格得出。本处泥石流