一种非对称式泥石流排导槽的设计方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种非对称式泥石流排导槽及其设计方法和应用。所述排导槽包括用于排泄设计标准下泥石流的排导槽主槽，和设于排导槽主槽上方的排导槽辅助槽；辅助槽侧墙与主槽侧墙连为一体，或辅助槽侧墙位于主槽侧墙上方的外侧；保护对象设计防护标准较低一侧的辅助槽侧墙的一段为溃决段，溃决段顶宽b0与辅助槽侧墙顶宽b相等；辅助槽侧墙材质与溃决段材质不同，溃决段采用浆砌石材料、或钢筋石笼、或采用较辅助槽侧墙低标号的混凝土。本发明专利技术能有效解决堆积扇上排导槽两岸保护对象的防护标准不同的问题，且修建投资抵、安全性能高、后期维护费用少，特别适用于经济落后、投资受限的村镇防护并解决其面临的泥石流排导问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泥石流防治工程，特别是涉及一种针对两岸保护对象具有不同设计防护标准的非对称式泥石流排导槽及其设计方法和应用。
技术介绍
泥石流灾害是我国地质灾害的主要类型之一。随着山区经济的发展、西部大开发的不断深化、“一带一路”建设工作的持续推进，对泥石流防治工程的需求越来越旺盛。排导槽作为泥石流防治工程的主要类型之一，在泥石流治理中大量使用。目前，现有的泥石流排导槽无论是从结构设计体型还是从材料结构方面都是完全对称型式，没有能够充分考虑排导槽两岸的保护对象的防护设计标准。在排导槽两岸保护对象设计防护标准不同的条件下，修建对称式的泥石流排导槽易造成材料和人工的浪费；同时，在排导低频率、大规模、危害严重的泥石流时，易导致泥石流泥深超过排导槽侧墙高度而溢流出排导槽，对排导槽两岸的保护对象造成危害。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于防护对象设计标准的非对称式泥石流排导槽及其设计方法和应用，能有效解决堆积扇上排导槽两岸保护对象的防护标准不同的问题，且修建投资抵、安全性能高、后期维护费用少，特别适用于经济落后、投资受限的村镇防护并解决其面临的泥石流排导问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术提出一种非对称式泥石流排导槽，包括用于排泄设计标准下泥石流的排导槽主槽，和设于排导槽主槽上方的排导槽辅助槽。排导槽主槽可以是全衬砌型式、或肋槛槽型式、或阶梯-深潭结构型式、或阶梯-双潭结构型式等。辅助槽侧墙与主槽侧墙连为一体(即排导槽辅助槽宽度B2等于排导槽主槽宽度B1)，或辅助槽侧墙位于主槽侧墙上方的外侧(即排导槽辅助槽宽度B2大于排导槽主槽宽度B1)。保护对象设计防护标准较低一侧的辅助槽侧墙的一段为溃决段，溃决段顶宽b0与辅助槽侧墙顶宽b相等；辅助槽侧墙材质与溃决段材质不同，辅助槽侧墙的建筑材料采用钢筋混凝土或高标号混凝土，溃决段采用浆砌石材料、或采用钢筋石笼、或采用较辅助槽侧墙低标号的混凝土(即根据排导槽两岸保护对象设计防护标准的不同，将防护标准较低一侧的辅助槽侧墙的一段作为溃决段，溃决段的材质与其他辅助槽侧墙的材质不同，以使溃决段在需要的时候能够自行溃决，以排泄超设计标准的泥石流体；在材质上，除溃决段外，其他所有的辅助槽侧墙全部采用钢筋混凝土或高标号混凝土，而溃决段采用浆砌石或钢筋石笼或低标号混凝土(即溃决段采用的混凝土标号低于除溃决段外的其他所有辅助槽侧墙采用的混凝土标号))。溃决段采用矩形断面型式(即直墙结构)；辅助槽侧墙采用梯形或矩形断面型式。溃决段顶宽b0为0.5-1.5m，辅助槽侧墙顶宽b为0.5-1.5m。主槽侧墙的建筑材料采用钢筋混凝土或混凝土，主槽侧墙厚度为0.5-1.5m。所述非对称式泥石流排导槽的非对称是指两侧辅助槽侧墙建筑材料的不对称和排导槽两岸防护功能的不对称。所述排导槽主槽能够安全排导设计规模下的泥石流，而当流域暴发泥石流超过设计规模时，保护对象设计防护标准较低一侧的排导槽辅助槽侧墙允许其自动溃决(即溃决段自动溃决)，将超过排泄规模的泥石流排导至防护标准较低一侧的停淤场或农田等，从而有效保证设计防护标准较高一侧村镇的人民生命财产和大量基础设施的安全，充分降低泥石流带来的危害。所述非对称式泥石流排导槽的设计方法(主要是溃决段设计方法)步骤如下：(一)通过现场调查实测，确定泥石流重度γ泥石流、单位kN/m3；根据小流域水文计算方法，确定设计标准下的泥石流峰值流量Q总、单位m3/s；根据小流域水文计算方法，确定设计标准下主河的洪水洪峰流量，然后根据设计标准下主河的洪水洪峰流量确定通过排导槽排导至主河的导致堵江的泥石流临界峰值流量Q主河、单位m3/s。Q总、Q主河的确定方法可参见名称为“一种主河输移控制型泥石流防治方法”、专利号为ZL201010617466.8的专利技术专利中QTotal和QDrainage的确定方法。(二)根据现场实际情况，确定溃决段选用的材质，并根据选用材质确定溃决段重度γ溃决段、单位kN/m3；根据现场实际情况，确定溃决段顶宽b0和辅助槽高度h2、单位均为m。(三)根据复式河槽水流流量计算的断面叠加法、或根据排导槽中泥石流流量计算公式，确定排导设计标准下的泥石流至主河时排导槽辅助槽中泥深高度h泥深、单位m。当排导槽辅助槽中的泥深达到设计值h泥深之后，允许溃决段自动溃决。(四)通过以下公式确定溃决段长度L0式中，L0—溃决段长度，单位m；Q总—设计标准下的泥石流峰值流量，单位m3/s，由步骤(一)确定；Q主河—通过排导槽排导至主河的导致堵江的泥石流临界峰值流量，单位m3/s，由步骤(一)确定；考虑泥石流性质的综合系数，其值随泥石流重度的增大而减小，取值范围0.2-0.5；g—重力加速度，取值9.81m/s2；h泥深—排导设计标准下的泥石流至主河时排导槽辅助槽中泥深高度，单位m，由步骤(三)确定；(五)通过以下公式确定溃决段高度h0，同时还需要满足溃决段高度h0<辅助槽高度h2(h2由步骤(二)确定)式中，h0—溃决段高度，单位m；h泥深—排导设计标准下的泥石流至主河时排导槽辅助槽中泥深高度，单位m，由步骤(三)确定；γ溃决段—溃决段重度，单位kN/m3，由步骤(二)确定；γ泥石流—泥石流重度，单位kN/m3，由步骤(一)确定；b0—溃决段顶宽，单位m，由步骤(二)确定。所述非对称式泥石流排导槽适用于修建排导槽的两岸保护对象具有不同的设计防护标准；适用于沟道纵比降为0.05-0.30的泥石流排导；适用于泥石流重度为15-21kN/m3的泥石流排导。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：充分考虑排导槽两岸保护对象的防护设计标准的不同，采用本专利技术的排导槽结构型式，在防护标准较低的一侧通过建筑材料的选择设置允许溃决的侧墙长度(即溃决段)，溃决口下游可设置相应的停淤设施；由于溃决段材质与辅助槽侧墙材质有所不同，不仅能节约人力物力财力成本，也能有效处置超设计规模的泥石流，在损失较小的情况下，更有效保护泥石流堆积扇上的防护对象；同时，在溃决段溃决后易于恢复重建，能有效减少后期维护的投资，降低整个排导槽运行期间的成本。附图说明图1是实施例一中本专利技术的俯视结构示意图。图2是图1中A-A’的剖面结构示意图。图3是图1中B-B’的剖面结构示意图。图4是实施例二中本专利技术的俯视结构示意图。图5是图4中A-A’的剖面结构示意图。图6是图4中B-B’的剖面结构示意图。图7是实施例三中本专利技术的俯视结构示意图。图8是图7中A-A’的剖面结构示意图。图9是图7中B-B’的剖面结构示意图。图中标号如下：1 排导槽主槽 2 排导槽辅助槽3 主槽侧墙 4 辅助槽侧墙5 溃决段h0 溃决段高度 b0 溃决段顶宽L0 溃决段长度 b 辅助槽侧墙顶宽B1 主槽宽度 B2 辅助槽宽度h1 主槽高度 h2 辅助槽高度h泥深排导设计标准下的泥石流至主河时排导槽辅助槽中泥深高度具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的优选实施例作进一步的描述。实施例一如图1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非对称式泥石流排导槽，其特征在于：所述非对称式泥石流排导槽包括用于排泄设计标准下泥石流的排导槽主槽(1)，和设于排导槽主槽(1)上方的排导槽辅助槽(2)；辅助槽侧墙(4)与主槽侧墙(3)连为一体，或辅助槽侧墙(4)位于主槽侧墙(3)上方的外侧；保护对象设计防护标准较低一侧的辅助槽侧墙(4)的一段为溃决段(5)，溃决段(5)顶宽b0与辅助槽侧墙(4)顶宽b相等；辅助槽侧墙(4)材质与溃决段(5)材质不同，溃决段(5)采用浆砌石材料、或钢筋石笼、或采用较辅助槽侧墙(4)低标号的混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种非对称式泥石流排导槽，其特征在于：所述非对称式泥石流排导槽包括用于排泄设计标准下泥石流的排导槽主槽(1)，和设于排导槽主槽(1)上方的排导槽辅助槽(2)；辅助槽侧墙(4)与主槽侧墙(3)连为一体，或辅助槽侧墙(4)位于主槽侧墙(3)上方的外侧；保护对象设计防护标准较低一侧的辅助槽侧墙(4)的一段为溃决段(5)，溃决段(5)顶宽b0与辅助槽侧墙(4)顶宽b相等；辅助槽侧墙(4)材质与溃决段(5)材质不同，溃决段(5)采用浆砌石材料、或钢筋石笼、或采用较辅助槽侧墙(4)低标号的混凝土。2.根据权利要求1所述非对称式泥石流排导槽，其特征在于：溃决段(5)采用矩形断面型式。3.根据权利要求1所述非对称式泥石流排导槽，其特征在于：辅助槽侧墙(4)采用梯形或矩形断面型式。4.根据权利要求1-3任一所述非对称式泥石流排导槽，其特征在于：辅助槽侧墙(4)采用钢筋混凝土或混凝土。5.根据权利要求1-3任一所述非对称式泥石流排导槽，其特征在于：溃决段(5)顶宽b0为0.5-1.5m，辅助槽侧墙(4)顶宽b为0.5-1.5m。6.根据权利要求1-3任一所述非对称式泥石流排导槽，其特征在于：主槽侧墙(3)采用钢筋混凝土或混凝土，主槽侧墙(3)厚度为0.5-1.5m。7.如权利要求1所述非对称式泥石流排导槽的设计方法，其特征在于：所述非对称式泥石流排导槽的设计方法步骤如下：(一)通过现场调查实测，确定泥石流重度γ泥石流、单位kN/m3；根据小流域水文计算方法，确定设计标准下的泥石流峰值流量Q总、单位m3/s；根据小流域水文计算方法，确定设计标准下主河的洪水洪峰流量，然后根据设计标准下主河的洪水洪峰流量确定通过排导槽排导至主河的导致堵江的泥石流临界峰值流量Q主河、单位m3/s；(二)根据现场...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑刚，陈晓清，赵万玉，游勇，胡凯，王道正，
申请(专利权)人：中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51