泥石流密度检测计算方法
文献发布时间:2023-06-19 11:42:32
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(
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