[发明专利]一种防治沟道泥石流起动的结构体及其设计方法

权利要求书

1.一种防治沟道泥石流起动的结构体，布置在泥石流沟床上，其特征在于：由至少一个防治结构单体（1）构成；所述防治结构单体（1）包括框架梁（11）、钢管桩（12）、石笼（13）；所述框架梁（11）布置在泥石流沟床上，是由位于同一平面、相互垂直的纵梁（111）与横梁（112）构成的框体；所述钢管桩（12）与所述纵梁（111）、横梁（112）静联接，沿纵梁（111）、横梁（112）的轴向排列，位于框架梁（11）下方，埋置在泥石流沟床内；所述石笼（13）填充在框架梁（11）平面空间内。

2.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于：所述框架梁（11）框体是矩形框体和/或井字型框体和/或网格框体。

3.根据权利要求1所述的结构体，其特征在于：所述钢管桩（12）与沟床法向夹角30°。

4.根据权利要求1或2或3所述的结构体，其特征在于：所述框架梁（11）是钢筋混凝土浇筑体；所述钢管桩（12）与纵梁（111）、横梁（112）经混凝土浇筑联接。

5.根据权利要求1或2或3所述的结构体，其特征在于：所述石笼（13）是多个立方体，石笼（13）与框架梁（11）等高，填充在在框架梁（11）平面空间内，石笼（13）间彼此紧邻并通过联接件（31）联接。

6.根据权利要求1或2或3所述的结构体，其特征在于：所述钢管桩（12）外部为地质管（121），所述地质管（121）中心有沿轴向布置三根与地质管（121）等长的钢筋（122），所述钢筋（122）呈等边三角形布置；所述地质管（121）管内壁与钢筋（122）间灌注水泥砂浆。

7.根据权利要求6所述的结构体，其特征在于：

所述框架梁（11）是由4根纵梁（111）与3根横梁（112）构成的网格框体，所述纵梁（111）长×宽×高＝900cm×80cm×80cm；所述横梁（112）长×宽×高＝1600cm×80cm×80cm；框架梁（11）由C25钢筋混凝土浇筑；

所述钢管桩（12）埋置深度H不小于5m，向上穿过纵梁（111）/横梁（112），与框架梁（11）经混凝土浇筑联接；所述地质管（121）直径146mm，钢筋（122）直径32mm，水泥砂浆强度不小于M30，注浆压力不小于0.3Mpa；

所述石笼（13）是长方体，长×宽×高＝55cm×80cm×80cm。

8.根据权利要求1或2或3或7所述的结构体，其特征在于：包括至少二防治结构单体（1），各防治结构单体（1）紧接排列布置在泥石流沟床上，沿沟道纵向的各防治结构单体（1）纵梁（111）相互平行，且错位排列，沿沟道横向的各防治结构单体（1）横梁（112）相互沿直线延伸；石笼（3）呈网格状对齐排列填充在框架梁（11）的平面空间内以及相邻框架梁（11）组成的平面空间内。

9.根据权利要求8所述的结构体，其特征在于：布置在泥石流沟道形成区和/或流通区内的松散堆积沟床上。

10.权利要求1或9所述的防治沟道泥石流起动的结构体的设计方法，其特征在于：依照如下步骤确定钢管桩埋置深度H设计参数：

步骤S1、基础参数获取，包括：

调查泥石流沟道现场，确定防治沟道泥石流起动的结构体所在泥石流沟道的基础参数，包括

现场测量测绘确定沟道需防治面积、沟床倾角θ，

依历史测量数据统计确定或根据调查数据理论推导确定需防治沟道泥石流的最大流深h、依历史测量数据统计确定泥石流重度γ_m、依历史测量数据统计确定流深h时的泥石流平均流速v_m；

原位抗拔试验确定微型钢管桩侧阻力q_s、室内土工试验确定框架梁与沟床的摩擦系数μ_a、沟床摩擦系数μ_b；

步骤S2、依1计算确定钢管桩（12）埋置深度H

H=Qπdqs,Qπdqs≥55,Qπdqs<5]]>     式1

式中，q_s——微型钢管桩侧阻力，kPa，步骤S1确定；

d——单根钢管桩桩径，m，由防治单体设计参数确定；

Q——单根钢管桩承载的抗拔力，kN，由式2确定；

Q=τAn(μacosβ+sinβ)]]>     式2

式中，A——防治结构单体平面防治面积，m²，由设计参数及沟道需防治面积综合确定，

n——防治结构单体包含的钢管桩数量，由设计参数确定，

μ_a——框架梁与沟床的摩擦系数，步骤S1确定，

β——钢管桩与沟床法向夹角，°，由式2求极小值确定，

τ——泥石流对结构表面的流动剪切力，kPa，由式3确定；

τ=μbγmhcosθ+γmvm2ξ]]>     式3

式中，h——需防治沟道泥石流的最大流深，m，步骤S1确定，

γ_m——泥石流重度，kN/m³，步骤S1确定，

v_m——流深h时的泥石流平均流速，m，步骤S1确定，

μ_b——沟床摩擦系数，步骤S1确定，

θ——沟床倾角，°，步骤S1确定，

ξ——Voellmy液相作用参数，s²/m，取常量1.86。