泥石流密度检测计算方法

技术领域

本发明涉及山地灾害防治工程领域，尤其是涉及泥石流密度检测计算方法。

背景技术

泥石流的密度是泥石流最基本、最重要的物理性质之一，它反映着泥石流的成因类型，决定着泥石流的物理力学性质，是进行泥石流冲击力计算及防护工程设计的重要基础性参数。目前，通常采用以下几种方法对历史上发生的泥石流的密度进行确定：一是采用配置泥石流样本的方法，这种方法受目击者的影响较大，有时甚至找不到目击者；二是根据泥石流的沉积形态来判断泥石流的类型，但这种方法所确定泥石流密度的范围较大，不利于准确使用泥石流的密度参数。三是经验公式法，通过特殊物质组分含量来反算泥石流密度。

泥石流的物质组成在泥石流的流体运动中起着非常重要作用，因此在泥石流密度计算经验公式中，应当考虑泥石流物质组成对密度的影响。表1是几种常用的泥石流密度计算经验公式，虽然均涉及到物质组成，但仍有各自的局限性。它们的局限性主要表现在以下几个方面：

1、仅考虑粘性颗粒含量对泥石流密度的影响，而泥石流的密度受整体颗粒组成的综合影响，该公式并没有体现其他相关因子（如粗颗粒含量）对密度的影响；

2、泥石流组成物质中大于某一粒径的具体颗粒含量在泥石流的沉积、取样、颗分过程中，如若存在稍微流失或不准确就会对计算结果造成很大的偏差；

3、经验公式中的特征粒径

表1 几种粘性泥石流计算公式一览表

发明内容

本发明目的在于提供一种计算结果精度高，适应实际工程需要的泥石流密度检测计算方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的泥石流密度检测计算方法，在拟修建泥石流拦挡坝下游泥石流沟道内，现场选取保存完整的泥石流堆积体样品，通过现场取样及室内颗分实验，确定所述泥石流堆积体样品的泥石流颗分参数（μ，Dc）；依据公式1计算泥石流的平均密度ρ：

ρ=1.26μ

式中，（μ，Dc）为泥石流的颗分参数，根据室内筛分及粒度试验确认；

μ为泥石流堆积体样品的细颗粒含量，为无量纲数；

Dc为泥石流堆积体样品的特征粒径，单位为mm，代表泥石流堆积体样品的粒径组成范围。

本发明获取所述公式1中各参数的具体步骤如下：

步骤1，在所述泥石流沟道内保存完整的泥石流沉积物上，取方量为1m×1m×H的沉积体样品，进行室内颗分试验、粒度分析，所述H为泥石流沉积物的厚度，根据现场泥石流沉积物的厚度确定；然后利用泥石流颗粒标度分布公式

步骤2，颗分参数(

步骤2.1，对采集到的泥石流沉积物样本进行室内粒度分析实验，得到泥石流物质组成中大于设定的粒径颗粒百分比的颗粒级配；

步骤2.2，利用Matlab中的curve fitting tool对室内粒度试验所得到的所述颗粒级配数据按照公式

步骤3，将步骤1和步骤2中获得的参数带入公式1，计算泥石平均流密度ρ。

本发明方法充分考虑了泥石流颗粒组成对其密度的影响，将泥石流颗分参数(μ,Dc)作为变量引入泥石流密度计算中。相比于现有技术采用目击者描述及经验方法的泥石流密度测算方法，本发明方法强调了颗粒组成在决定泥石流密度方面的重要意义，同时可以摒弃人为主观因素对经验参数选取所造成影响，具有更科学的计算原理与较高的精度。同时，本发明方法计算简便，工程实用价值高。

附图说明

图1是本发明所述的泥石流颗分参数随密度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：

某小江流域的泥石流支沟，汇流面积48km

2007年7月25日，该沟爆发大规模泥石流，对下游群众的生命财产安全造成严重威胁。观测得到的泥石流泥深约为1.2m，泥石流密度为2.20g/cm

步骤1，在保存完整的泥石流沉积物上，取方量为1m×1m×0.2m的泥石流沉积体样品进行室内颗分试验、粒度分析，得到泥石流物质组成中大于设定粒径的颗粒质量的百分含量（见表2）；然后利用泥石流颗粒标度分布公式

表2 大于设定粒径(mm)泥石流颗粒质量百分比(%)

步骤2，将样品的颗分参数带入平均密度计算公式

本发明计算结果为2.15g/cm

实施例2：

某大渡河上游泥石流支沟，汇流面积8.6km

该沟经常爆发规模较大的泥石流，严重威胁下游群众的生命财产安全。因此，需要对该泥石流沟进行防治，在修建拦挡工程时，需要计算泥石流的密度参数。

步骤1，在保存完整的泥石流沉积物上，取方量为1m×1m×0.15m的泥石流沉积体样品进行室内颗分试验、粒度分析，得到泥石流大于某粒径的颗粒质量的百分含量，见表3，然后利用泥石流颗粒标度分布公式

表3 大于设定粒径(mm)泥石流颗粒质量百分比(%)

步骤2，将样品的颗分参数带入密度计算公式

根据现场调查访问并经过专家综合评估，得到该沟的泥石流密度=2.24g/cm

本发明所述泥石流颗粒的标度分布公式：

本发明方法基于蒋家沟典型泥石流流体样本的观测数据，综合考虑泥石流物质组成、泥石流密度拟合得到，适用于泥石流的平均密度计算，泥石流颗分参数随密度的变化曲线如图1所示。与现有技术相比，本发明将泥石流物质组成的颗分参数(