一种泥石流屈服应力和最大淤积厚度计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种泥石流屈服应力和最大淤积厚度的计算方法，属于泥石流防治工 程、水利工程领域。
【背景技术】
[0002] 位于高山河谷区的城镇和村庄等居民点大多都修建在泥石流或山洪堆积扇上，山 区公路、铁路和其他生命线工程大都经过泥石流堆积扇。泥石流经过泥石流流通区，流出 山口进入堆积区时，由于坡度变缓、沟道展宽，泥石流运动速度逐渐减慢并在堆积区形成淤 积，并可能淤埋其上的居民点和生命线工程。如在汶川大地震后，2008年9月24日北川老 县城附近的西山坡沟暴发大规模泥石流，泥石流进入北川老县城后堆积，最大厚度达12m; 2010年8月13日，四川绵竹市清平乡文家沟暴发特大泥石流灾害，泥石流在绵远河道内最 大淤积厚度超过15m，479户农房被掩埋受损，清平乡卫生院、学校等设施被严重掩埋，农田 被毁300余亩，直接经济损失4. 3亿元。可见，淤埋是泥石流致灾的主要形式之一，泥石流 淤积厚度是泥石流的最重要参数之一，也是泥石流灾害评估和防治的最重要的参数之一。
[0003] 泥石流的淤积厚度由泥石流性质（屈服应力和容重）、淤积地坡度决定。特定的泥 石流（特定的屈服应力和容重）在特定位置（特定的坡度）有一个确定的最大淤积厚度。 除了淤积地的特定因素外，决定泥石流的最大淤积厚度的关键因素就是泥石流性质：泥石 流容重和泥石流的屈服应力。泥石流的容重范围在1500-2300kg/m3之间，泥石流的屈服应 力的范围一般在1000-30000Pa之间。尽管泥石流的容重与屈服应力是正比关系，但因屈服 应力的差别，在同一位置条件下不同的泥石流最大淤积厚度可以相差10倍以上，因此研宄 泥石流的屈服应力对泥石流的防灾减灾理论研宄非常重要。
[0004]目前国内外对泥石流的屈服应力的计算研宄，主要有2种方法：1)以细颗粒为主 的研宄，考虑了不同的粘土矿物特性，给出了泥石流的计算公式，但这种方法还没有考虑粗 颗粒的作用，对于含有粗颗粒的泥石流屈服应力计算存在误差，且有一个待定系数；2)考 虑了粗颗粒的作用，但没有考虑细颗粒的粘土矿物的作用，且待定系数有3个。
[0005] 泥石流的屈服应力由泥石流本身的性质决定，泥石流体中的泥沙体积浓度、粘土 矿物成分及含量、粗颗粒的大小、级配分布等都会影响泥石流的屈服应力大小。而泥石流体 中的等效粘土矿物百分含量P与泥石流体重所含的蒙脱土、伊利土、高岭土、绿泥土、班托 土等粘土矿物分别含量有关（自然界中绝大多数是含有2种或更多的粘土矿物成分），也与 这些粘土矿物的产地、风化程度、地质背景等有关。但现有技术还不能确定各种粘土矿物的 准确含量，更不能区分不同地区相同种类的粘土矿物的差别，因此无法确定泥石流体中的 等效粘土矿物百分含量P。因此也就无法较为准确地计算不同频率下的泥石流的屈服应力 和最大淤积厚度，从而无法较准确地预警泥石流灾害发生的影响程度。
【发明内容】
[0006]针对现有计算方法中未同时考虑细颗粒和粗颗粒的泥石流屈服应力、以及泥石流 最大淤积厚度的问题，本发明结合细颗粒的粘土矿物和粗颗粒的实验研宄，通过反推的方 法确定待定系数，提出了一种新的泥石流的屈服应力和最大淤积厚度的计算方法，为泥石 流防治工程设计提供依据。
[0007] 本发明的原理是：泥石流体中的等效粘土矿物百分含量P需要先根据已有的泥石 流调查确定，设定该流域的泥石流等效粘土矿物百分含量P不变，再根据泥石流的容重变 化计算出新的屈服应力和最大淤积厚度，或计算相邻的流域（有相同的地质背景，并可以 设定泥石流体中的等效粘土矿物百分含量P是相同的）的泥石流屈服应力和最大淤积厚 度。具体计算流程如下。
[0008] 本发明所述的一种泥石流屈服应力的计算方法，包括以下步骤：
[0009] (1)调查已有泥石流的最大淤积厚度H，淤积底坡坡度0，泥石流容重P，根据公 式一计算出该次泥石流屈服应力t，
[0010] t=pgHsin0 公式一
[0011] H=泥石流最大派积厚度，m
[0012] t=泥石流屈服应力，Pa
[0013] P=泥石流容重，kg/m3
[0014] g=重力加速度，=9. 8lm/s2
[0015] 0 =泥石流淤积底坡坡度，度；
[0016] (2)分析该次泥石流的颗粒组成，分别得到C。值、d^直，以及体积浓度C。值（由公 式六计算得到），由公式三和公式四计算得C值，由公式二计算等效粘土矿物百分含量P，
[0017] T =T(lC2e22GP 公式二
[0018] C=aC〇 公式三
【主权项】
1. 一种泥石流屈服应力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 调查已有泥石流的最大淤积厚度H，淤积底坡坡度0，泥石流容重P，根据公式一 计算出该次泥石流屈服应力t， t=pgHsin0 公式一 H=泥石流最大派积厚度，m t=泥石流屈服应力，Pa P=泥石流容重，kg/m3 g=重力加速度，=9. 81m/s2 0 =泥石流淤积底坡坡度，度； (2) 分析该次泥石流的颗粒组成，分别得到C。值、d^直，以及体积浓度C^值，C^由公式 六计算得到，由公式三和公式四计算得C值，由公式二计算等效粘土矿物百分含量P， t=TnC2e22CP 公式二
t=泥石流屈服应力，Pa t〇 =经验系数，Pa:T0=30Pa(C彡 0.47)，或t0=30e5(CKI47)Pa(0.59 彡 00.47)，或丁。=3〇65(^1.47)68(^1.59)卩&(00.59)，〇|彡0.47时：(：1=(：2=0 C=等效泥沙体积浓度，由公式三计算得到 P=等效粘土矿物百分含量（小数，指泥沙中的含量），待定 a=修正系数，由公式四计算得到 (；=泥沙体积浓度 C。' =粗颗粒有效泥沙曲率系数：C。彡1时，C。' = 时，C。' = 1/C。;粗颗粒指粘 粒以外的粗颗粒 (；=粗颗粒泥沙曲率系数 dv =粗颗粒泥沙颗粒体积平均粒径，mm (；。=常数，=0.523 dv(l =常数，=1. 23mm (13。，(11(|和(16(|分别为粗颗粒泥沙中小于30%，10%和60%的泥沙颗粒粒径，111111 为常数4= 0? 18，C2= -0.01 ;当C。彡0.47时，C1= 0，C2= 0 ;⑶根据该次泥 石流在不同频率下的泥石流容重值，或相邻流域的泥石流容重值，由公式六计算得到泥石 流体积浓度C。值，
P0=水的容重，=l〇〇〇kg/m3 Ps =泥石流中固体颗粒的容重，~ 2700kg/m3， 再根据颗粒级配的C。值，九值，由前面计算的等效粘土矿物百分含量P，由公式二计算 得到不同频率下或相邻流域的泥石流屈服应力T。
2. -种泥石流最大淤积厚度的计算方法，其特征在于：根据权利要求1的方法所计算 得到的泥石流屈服应力t、评估位置的底坡坡度0、不同频率下或相邻流域的泥石流容重 P，由公式一可以计算得到不同频率下或相邻流域的泥石流的最大淤积厚度H。
【专利摘要】本发明涉及一种泥石流屈服应力和最大淤积厚度的计算方法，属于泥石流防治工程、水利工程领域。本发明的技术方案为：根据已有的泥石流调查确定泥石流体中的等效粘土矿物百分含量P，设定该流域的泥石流等效粘土矿物百分含量P不变；根据该次泥石流在不同频率下的泥石流容重值，或相邻流域的泥石流容重值，计算得到泥石流体积浓度C0值；再根据颗粒级配的Cc值，dv值，由前面计算的等效粘土矿物百分含量P，计算得到不同频率下或相邻流域的泥石流屈服应力τ和最大淤积厚度H。本发明可以更准确地计算不同频率下或相邻流域再发生的泥石流的屈服应力和最大淤积厚度，为泥石流灾害的评估与防范提供有效的技术支撑。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104809345
【申请号】CN201510200959
【发明人】余斌, 陈源井
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月24日