[发明专利]一种基于泥石流固体颗粒粒径的震区泥石流容重计算方法

说明书

本发明公开了一种基于泥石流固体颗粒粒径的震区泥石流容重计算方法，该方法通过汶川震区泥石流沟的野外调查、测量、取样以及泥石流沟特征参数提取等手段，确定泥石流沟的沟道纵比降J，泥石流流深h，沟道坡度α，泥石流固体颗粒容重γ_s，泥石流的粘滞系数η，泥石流固体颗粒粒径d_i；将所得到的参数代入计算公式以得到震区泥石流容重预测值。与现有技术相比，本发明基于严密的理论推导，能够合理准确的反映汶川震区低黏粒含量的泥石流容重，为震区灾后重建中的泥石流防治设计提供理论依据，计算结果精度高，符合实际工程需要。

技术领域

本发明属于泥石流防治工程设计应用技术领域，特别涉及一种基于泥石流固体颗粒粒径的震区泥石流容重计算方法。

背景技术

“5.12”汶川地震以后，强震区内诱发了大量的地震次生灾害，强震区内每年都有不同规模的泥石流事件暴发，其中在2008年的“9.26”、2010年的“8.13”、2011年的“7.03”、2013年的“7.10”以及2016年的“7.05”强降雨过程中，强震区暴发了多期大规模的群发性泥石流灾害，给强震区带来了严重的人员伤害和巨大的经济损失，也给震后重建项目带来了巨大的破坏，而在震后的10年至15年内也将是泥石流灾害的高发期。为了保证汶川震区经济的可持续发展，泥石流防治工程的有效防治就显得十分必要。

泥石流容重特征是泥石流动力学参数的主要参数之一，也是泥石流防治工程设计的主要参数之一。例如，2013年“7.10”特大暴雨期间，羊店1组后山坡面泥石流3条沟道均发生泥石流，泥石流物源以碎石、块石和砂粒堆积为主，粒径范围为10～30cm，砂及粉粘土充填，通过现场配方法和查表法分别得到泥石流的容重为19.6KN/m³和17.2KN/m³，通过黏粒百分含量和粗颗粒百分含量得到的容重约为16.8KN/m³。2008年“9·26”洪灾和2010年“8·14”洪灾期间牛圈沟发生大规模泥石流，其中侵蚀的物源量分别为17.15×10⁴m³和14.87×10⁴m³，牛圈沟泥石流松散固体物源中以碎块石为主，通过现场配方法得到泥石流的容重为17.8KN/m³，通过黏粒百分含量和粗颗粒百分含量得到的容重约为16.4KN/m³。

泥石流的容重反映了泥石流的流体的固体颗粒含量和水分含量之间的相互关系，不同的泥石流容重反映了泥石流的内部受力条件、搬运条件和泥石流暴发的降雨条件等，现行的泥石流容重主要根据泥石流固体颗粒(＞2mm)的累积百分含量和黏粒(＜0.05mm)的累积百分含量。汶川震区泥石流沟物源主要为松散的岩土体颗粒，黏粒含量极低，基于泥石流粗颗粒和黏粒累积百分含量的泥石流容重计算方法导致泥石流的容重相对于其实际容重值偏小，使得泥石流的防治工程设计过程中的动力学参数过低，不能满足震区泥石流防治工程设计的需要。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于泥石流固体颗粒粒径的震区泥石流容重计算方法，解决强震区泥石流暴发过程中固体颗粒与泥石流容重的关系，构建基于泥石流固体颗粒粒径的泥石流容重预测模型，并进行实例运用，为泥石流预警预报和防治提供新方法，适用于泥石流防治实际工程的需要。

本发明技术的技术方案实现方式：一种基于泥石流固体颗粒粒径的震区泥石流容重计算方法，所述震区的泥石流沟包括沟道和在沟道上运动的泥石流体，其特征在于：将震区泥石流的固体颗粒粒径应用于泥石流容重计算，所述震区泥石流容重预测计算方法如下：

A.获取震区泥石流沟的泥石流体流深h(m)，通过泥石流沟大比例尺测绘得到沟道的沟道坡度α(°)，沟道纵比降J(‰)，通过泥石流采样和筛分得到泥石流体固体颗粒粒径d_i(mm)，通过泥石流沟床状况确定泥石流体糙率系数n，通过为泥石流暴发时的野外温度调查确定泥石流体的粘滞系数η(Pa·s)；