【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利工程领域，尤其是基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法。
技术介绍
1、淤地坝能够有效降低河流冲刷速度，抬高沟道侵蚀基准面，减缓水流对土壤的侵蚀，从而起到了稳定水土的作用，进而改善水土流失地区的生产生活条件，保证农田高产稳产，促进水土流失地区群众脱贫致富，是一项至关重要的生态保护和土地修复的工程。
2、然而，传统的淤地坝一般就地取材，一般为黄土，筑成均值土坝。该坝体为散粒体结构，在面对超标准洪水时容易发生漫顶溃决，给淤地坝的长期稳定安全运行带来了挑战。同时该坝体还具有管护压力大、拦沙能力小和蓄水效益差等方面的问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，用于解决传统淤地坝在面对超标准洪水时抵抗洪水能力低、管护压力大、拦沙能力小和蓄水效益差等方面的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
3、本专利技术所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，包括以下步骤：
4、s1，建立规划淤地坝区域的三维模型，分析地理特征和水文条件，确定规划淤地坝区域的边界走势，并利用高程数据绘制规划淤地坝区域的地形图；
5、s2，收集与规划淤地坝区域相关的洪水数据，利用统计和数学建模方法，对收集到的洪水数据进行拟合分析，建立洪峰流量与集水面积之间的关系模型，获取规划淤地坝区域的最大洪水；
6、s3，利用实地测量的地理地形数据，绘制水位-库容曲线，结合洪
7、s4，根据所述工程规模确定坝工结构形式和关键设计参数；
8、s5，对淤地坝坝址区黄土进行物理力学性能检测，并进行坝址区黄土与黄土固化剂不同掺比的固化强度试验，建立固化黄土强度模型；按照s4步中确定的关键设计参数确定黄土固化剂掺比；
9、s6，根据固化黄土冲刷特性和淤地坝关键设计参数，建立淤地坝上表面防护层厚度计算模型，确定淤地坝防护层参数，完成淤地坝初始设计；
10、s7，对淤地坝进行优化调整，进行安全验算，设计排水结构。
11、进一步地， s2步中，利用公式对所述最大洪水进行验证，若准确度 x不满足验证标准时，则重新计算所述最大洪水；所述公式为：，其中，t为验证时间；t表示额定时间；c为常数项；k表示洪峰流量的波动值；t表示误差系数；q0为基准洪水，为所有收集数据中洪峰数量最多时段的洪峰流量；q为所述最大洪水；f为所述集水面积。
12、进一步地，s4步中所述坝工结构形式包括坝面固化防护、坝面预制连锁防护和全断面分区固化防护。
13、进一步地，所述坝面固化防护适用于坝高小于20m的中小型坝；所述坝面预制连锁防护适用于坝高20-30m，坝长/坝高＞3的大中型坝；所述全断面分区固化防护适用于坝高20-30m，坝长/坝高≤3的控制性节点坝。
14、进一步地，s4步中所述关键设计参数包括防护层无侧限抗压强、坝体压实度、坡脚防护。
15、进一步地，s6步中所述防护层厚度计算模型为，其中d表示防护层厚度；t1、t2分别表示淤地坝设计使用年限和淤积年限；dd=0.1+0.03h（h表示淤地坝坝高）；n1表示淤地坝淤满前遭遇标准洪水次数；n2表示淤地坝淤满后每年平均过流次数；d1为单次洪水过流情况下防护层的最大冲刷深度。
16、进一步地，s7步包括：
17、s7.1，采用毕肖普法或瑞典法对淤地坝进行安全验算，根据安全验算结果优化淤地坝的设计尺寸；
18、s7.2，对淤地坝进行渗流稳定性分析，根据渗流稳定分析结果布设排水结构。
19、进一步地，渗流稳定性分析公式为：，其中 q为坝体单宽渗流量； a0为渗出高度； k1、 k2分别为坝体和坝基渗流系数； l1、 l2分别表示坝体浸润线水平向投影长度和坝体渗径； h 1、 h 2分别表示大坝上下游水位高度。
20、本专利技术的优点在于相较于传统的就地取材方式建造成的均质土坝具备更强的抗洪能力，显著降低了溃坝风险；相较于混凝土等其他结构的防冲刷保护层具有更好的协调变形能力，能有效避免面板脱空等工程危害，显著提高了淤地坝抵御洪水的能力和坝体工程结构的整体稳定性。同时在相同的设计拦沙年限下，采用本专利技术设计方法设计的淤地坝能够大幅降低工程造价，为淤地坝工程提供了更为可靠和经济的解决方案。此外，本专利技术还提供从洪水分析计算、防护材料配合设计到确定坝型参数、优化坝体结构设计的详细设计流程，方便工程技术人员作为推广应用的依据。
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1.一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于： S2步中，利用公式对所述最大洪水进行验证，若准确度x不满足验证标准时，则重新计算所述最大洪水；所述公式为：，其中，t为验证时间；T表示额定时间；c为常数项；K表示洪峰流量的波动值；t表示误差系数；Q0为基准洪水，为所有收集数据中洪峰数量最多时段的洪峰流量；Q为所述最大洪水；F为所述集水面积。
3.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：S4步中所述坝工结构形式包括坝面固化防护、坝面预制连锁防护和全断面分区固化防护。
4.根据权利要求3所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：所述坝面固化防护适用于坝高小于20m的中小型坝；所述坝面预制连锁防护适用于坝高20-30m，坝长/坝高＞3的大中型坝；所述全断面分区固化防护适用于坝高20-30m，坝长/坝高≤3的控制性节点坝。
5.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地
6.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：S6步中所述防护层厚度计算模型为，其中D表示防护层厚度；t1、t2分别表示淤地坝设计使用年限和淤积年限；Dd=0.1+0.03H（H表示淤地坝坝高）；n1表示淤地坝淤满前遭遇标准洪水次数；n2表示淤地坝淤满后每年平均过流次数；d1为单次洪水过流情况下防护层的最大冲刷深度。
7.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：S7步包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：渗流稳定性分析公式为：，其中q为坝体单宽渗流量；a0为下游水位以上渗出高度；k1、k2分别为坝体和坝基渗流系数；L1、L2分别表示坝体浸润线水平向投影长度和坝体渗径；H1、H2分别表示大坝上下游水位高度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于： s2步中，利用公式对所述最大洪水进行验证，若准确度x不满足验证标准时，则重新计算所述最大洪水；所述公式为：，其中，t为验证时间；t表示额定时间；c为常数项；k表示洪峰流量的波动值；t表示误差系数；q0为基准洪水，为所有收集数据中洪峰数量最多时段的洪峰流量；q为所述最大洪水；f为所述集水面积。
3.根据权利要求1所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：s4步中所述坝工结构形式包括坝面固化防护、坝面预制连锁防护和全断面分区固化防护。
4.根据权利要求3所述的一种基于黄土固化防护的复合式淤地坝设计方法，其特征在于：所述坝面固化防护适用于坝高小于20m的中小型坝；所述坝面预制连锁防护适用于坝高20-30m，坝长/坝高＞3的大中型坝；所述全断面分区固化防护适用于坝高20-30m，坝长/坝高≤3的控制性节点坝。
【专利技术属性】
技术研发人员：张金良，李超群，翟亚飞，宋志宇，盖永岗，白正雄，冯璐，崔鑫，田志锋，刘光昆，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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