陈晓清 (中国四川省成都市人民南路四段9号, Sichuan 1, 610041, CN)
CUI, Peng (No9 Section 4, Renminnanlu RoadChengdu, Sichuan 1, 610041, CN)
崔鹏 (中国四川省成都市人民南路四段9号, Sichuan 1, 610041, CN)
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 (中国四川省成都市人民南路四段9号, Sichuan 1, 610041, CN)
CHEN, Xiaoqing (No9 Section 4, Renminnanlu RoadChengdu, Sichuan 1, 610041, CN)
陈晓清 (中国四川省成都市人民南路四段9号, Sichuan 1, 610041, CN)
CUI, Peng (No9 Section 4, Renminnanlu RoadChengdu, Sichuan 1, 610041, CN)
| 1. 一种基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽， 包括束流侧墙（2)和置于其 间、 与其相连、 配合使用的梯级防沖刷齿槛群， 所述梯级防沖刷齿槛群由若 干具有一定埋深的防沖刷齿槛（1 )组成， 所述梯级防沖刷齿槛群的每两个 梯级之间按一定间距分布， 其特征在于： 两个防沖刷齿槛（ 1 )在束流侧墙 (2)之间、 相对所述泥石流排导槽的中心线呈左右对称分布， 共同构成所 述梯级防沖刷齿槛群的一个梯级；所述泥石流排导槽宽度 D大于 2倍防沖刷 齿槛（1 )在束流侧墙（2)垂直方向上的横向长度 B, 满足 D>2B。 2. 根据权利要求 1所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽，其特征在于： 防沖刷齿槛 ( 1 )在束流侧墙（ 2 )垂直方向上的横向长度 B为泥石流排导槽 宽度 D的 1/10-1/2, 满足 1/10D<B < 1/2 D。 3. 根据权利要求 1所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽，其特征在于： 防沖刷齿槛（1 ) 与束流侧墙（2)相连处呈倾斜角度 α, 且向下游侧倾斜。 4. 根据权利要求 1-3任一所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽， 其特 征在于： 防沖刷齿槛（1 )在沿束流侧墙（2)垂直方向上， 呈中间低、 靠束 流侧墙（2)端高。 5. 根据权利要求 1-3任一所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽， 其特 征在于： 在沿束流侧墙（2)纵向方向上， 防沖刷齿槛（1 ) 的顶部宽 bi<底 部宽 b2, 下游侧垂直， 上游侧倾斜。 6. 根据权利要求 3所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽，其特征在于： 倾斜角度 α为 45°-75°。 7. 根据权利要求 4所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽，其特征在于： 在沿束流侧墙（ 2 )垂直方向上， 防沖刷齿槛（ 1 )的高度差 h与防沖刷齿槛 ( 1 )在束流侧墙（2)垂直方向上的横向长度 B 之比的横坡比降 l:n 为 1 :4-1 :20。 8. 根据权利要求 5所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽，其特征在于： 顶部宽 ^为 0.6-1.5m, 底部宽 b2为 1.0-2.0m, 上游侧斜面高度 与底部宽 b2、 顶部宽 差之比的上游侧比降 l :m为 1 :0.4-1 : 1。 9. 根据权利要求 1-3任一所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽， 其特 征在于： 所述梯级防沖刷齿槛群的每两个梯级之间的间距 L为 8.0-25.0m, 防沖刷齿槛 ( 1 )埋深 H为 1.5-2.5m。 10. 如权利要求 1 所述的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽的应用， 其 特征在于： 所述泥石流排导槽适用于沟床比降 3% - 12%, 用于稀性泥石流、 或水石流、 或山区洪水■徘泄的防治。 |
近年来， 随着我国西部大开发的持续开展， 众多大型基建工程开工建设， 开发利用泥石流堆积扇的力度加大， 控制泥石流沖刷和淤积的问题日益突出。 在众多泥石流流域中， 爆发稀性泥石流、 过渡型泥石流和山区洪水的概率非常 大， 因此开发满足这类泥石流的排导需求的新型排 导槽显得非常迫切。
传统的泥石流防沖刷沿用输水渠道的全村砌模 式， 但由于泥石流极强的磨 蚀能力， 导致工程损毁快、 维护费用高。 目前用于泥石流防沖刷的横向贯穿型 齿槛一般适用于沟床比降较大的情况， 比降小于 5%时效果很差， 出现淤积。 在 常流水状态下， 以往的全村砌排导槽和横向贯穿型齿槛阻断了 沟床内水生生物 的上下联系， 不利于沟床生态修复。
申请号为 200910058217.7的发明专利申请， 是本申请人的前期研究成果， 公开了一种交错齿槛型泥石流排导槽。 该排导槽能够满足排泄应宽流体， 保持 沟道上下游水力联系， 有利于沟道生态恢复。 但同时， 交错齿槛使泥石流体在 槽内产生绕流消能， 绕流的存在会给排导槽侧墙的安全带来一定潜 在隐患； 在 沟床纵比降较小的情况下， 绕流消能过度易导致泥石流淤积在排导槽中， 针对 沟床比降减小， 该发明申请采取了减小齿槛长度的方法来减少 绕流消能， 但由 于齿槛在束流侧墙间呈交错分布， 因此随着齿槛长度的减小， 齿槛越短越不能 给束流侧墙的稳定性提供充分保障， 从而需要采取增加侧墙基础埋深来解决， 但这样会导致建筑成本增加太大。 发明内容 本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供 一种基于梯级防沖刷齿槛群的 泥石流排导槽， 不仅能在低成本下实现泥石流沖刷下切侵蚀与 淤积的动态平衡， 充分实现安全、 顺畅排泄泥石流的目的， 满足流域爆发从稀性泥石流到山区洪 水的较宽变化流体排泄需求， 而且能够充分保持沟床内水生生物的上下联系 ， 有利于沟道生态修复， 同时能够利用向心束流作用充分保障束流侧墙 的稳定性， 在沟床比降较小的情况下不易出现泥石流淤积 ， 有利于长期运行。
为实现上述目的， 本发明的技术方案是：
本发明提出的基于梯级防沖刷齿槛群的泥石流 排导槽， 包括两侧的束流侧 墙和置于其间、 与其相连、 配合使用的梯级防沖刷齿槛群， 所述梯级防沖刷齿 槛群的每两个梯级之间按一定间距分布， 所述梯级防沖刷齿槛群由若干具有一 定埋深的防沖刷齿槛组成。 两个防沖刷齿槛在束流侧墙之间、 相对所述泥石流 排导槽的中心线呈左右对称分布， 共同构成所述梯级防沖刷齿槛群的一个梯级； 所述泥石流排导槽宽度 D (即两侧束流侧墙之间的间距） 大于 2倍防沖刷齿槛 在束流侧墙垂直方向上的横向长度 B(即防沖刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的投 影长度）， 满足 D > 2B; 即任一所述防沖刷齿槛均只有一端与束流侧墙 相连、 没 有在束流侧墙之间贯穿， 且组成所述梯级防沖刷齿槛群的防沖刷齿槛在 束流侧 墙之间、 相对排导槽中心线呈左右对称分布， 构成对称型梯级防沖刷齿槛群。 这种对称型结构能充分保持沟床内水生生物的 上下联系， 有利于沟道生态修复； 能够充分保障束流侧墙的稳定性， 在沟床比降较小的情况下不易出现泥石流淤 积， 有利于长期运行。
所述防沖刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向 长度 B为泥石流排导槽宽度 D的 1/10-1/2, 满足 1/10D≤B < 1/2 D; 排导槽沟床比降越大， 所述防沖刷齿槛在 束流侧墙垂直方向上的横向长度 B的取值就越大。 这有利于最大限度节省所述 防沖刷齿槛的工程量。
所述防沖刷齿槛与束流侧墙相连处呈倾斜角度 α, 且向下游侧倾斜， 即防沖 刷齿槛与束流侧墙相连端较另一端位于上游； 倾斜角度 α的取值为 45°-75°； 沟 床比降越大， 倾斜角度 α的取值就越大。 这种倾斜结构有利于泥石流的束流。
所述防沖刷齿槛在沿束流侧墙垂直方向上， 呈中间低、 靠束流侧墙端高； 高度差 h与防沖刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向 度 Β之比的横坡比降 1:η 为 1 :4- 1 :20 , 即 1 :n=h: B。 这种中间低、 两侧高的结构有利于泥石流束流， 且有 利于产生底部湍流、 充分消能。
在沿束流侧墙纵向方向上， 所述防沖刷齿槛的顶部宽 bi<底部宽 b 2 , 下游侧 垂直， 上游侧倾斜； 顶部宽 ^为 0.6-1.5m, 底部宽 b 2 为 1.0-2.0m, 上游侧斜面高 度 与底部宽 b 2 、顶部宽 差之比的上游侧比降 l :m为 1 :0.4-1 : 1 , 即 1 :111= ： (b 2 -b „ 这种上窄下宽的结构有利于防沖刷齿槛在泥石 流沖击下保持稳定。
所述泥石流排导槽可以采用浆砌石、 或混凝土、 或钢筋混凝土、 或铅丝笼 等结构形式。 所述梯级防沖刷齿槛群的每两个梯级之间的间 距 L为 8.0-25.0m, 所述防沖刷齿槛埋深 H为 1.5-2.5m; 保持合理的埋深和间距， 能保证防沖刷齿 槛和束流侧墙的安全。
所述泥石流排导槽既有纵向软基消能效果， 又有对称齿槛的向心束流作用， 特别适用于沟床比降 3% - 12%, 用于稀性泥石流、 或水石流、 或山区洪水排泄 的防治。 正因为对称齿槛的向心束流作用， 因此能够充分保障束流侧墙的稳定 性， 在沟床比降较小的情况下具有更强沖刷， 不易出现泥石流淤积， 有利于长 期运行。
针对流体沖刷下切侵蚀和淤积的交替作用，本 发明基于对称的防沖刷齿槛间 软基的消能作用， 和束流侧墙与防沖刷齿槛共同的束流作用， 使得所述泥石流 排导槽可以应用于稀性泥石流、 或水石流、 或山区洪水排泄的防治。 当流量较 大时， 本发明充分利用泥石流（或洪水） 的下层紊流与表层下降流之间的物质 交换来消散流体内部动能， 防止下切侵蚀； 当流量较小时， 充分利用束流的沖 刷作用防止泥沙淤积， 实现泥石流（或洪水）沖刷下切侵蚀与淤积的 动态平衡， 达到安全、 顺畅排泄泥石流的目的。 本发明提出的对称型结构能有效调控沟谷 沖刷-淤积平衡， 减小泥石流的沖刷破坏能力， 又能有效防止沟床淤积， 降低 防护工程的运行维护费用， 保障下游防护对象的安全。 所述泥石流排导槽主要 建于泥石流堆积扇上， 将泥石流按照设计流速、 流路导向设计区域。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 与全衬砌排导槽结构相比， 节省造 价 15%以上， 且有利于工程后期运行管理； 与横向贯穿型齿槛相比， 在沟床比 降较小的情况下， 防淤积效果更佳、 投资更省， 且能够满足流域爆发从稀性泥 石流到山区洪水的较宽变化流体排泄需求； 与申请号为 200910058217.7的发明 专利申请（交错齿槛型泥石流排导槽）相比， 在有效延续其生态保护优点的基 础上， 由于对称齿槛的向心束流作用， 不会产生绕流沖刷束流侧墙基础的情况， 能够更加充分保障束流侧墙的稳定性， 在沟床比降较小的情况下可产生更强的 沖刷作用， 使泥石流不易产生淤积现象， 进而保证排导槽长期运行安全。 附图说明 图 1是梯级防沖刷齿槛群的纵向剖视图。
图 2是本发明的俯视图。
图 3是本发明的横向剖视图。
图中标号如下：
1 防沖刷齿槛 2 束流侧墙
B 防沖刷齿槛在束流侧墙垂直方向上的横向长度
D 泥石流排导槽宽度 α 倾斜角度
bj 防沖刷齿槛的顶部宽 b 2 防沖刷齿槛的底部宽
H 防沖刷齿槛埋深
L 梯级防沖刷齿槛群的每两个梯级之间的间距
h 防沖刷齿槛的高度差 上游侧斜面高度
l :n 横坡比降 l :m 上游侧比降 具体实施方式 下面结合附图， 对本发明的优选实施例作进一步的描述。 如图 1、 图 2、 图 3所示。 针对流域面积为 2.0km 2 、 堆积扇面坡降（即沟床 比降） 为 12%。 在设计标准下主要考虑稀性泥石流、 水石流和山洪。 在泥石流 堆积扇上， 建基于对称梯级防沖刷齿槛群的泥石流排导槽 ， 包括束流侧墙 2和 置于其间、 与其相连、 配合使用的梯级防沖刷齿槛群， 所述梯级防沖刷齿槛群 的每两个梯级之间按一定间距分布， 所述梯级防沖刷齿槛群由若干具有一定埋 深的防沖刷齿槛 1 组成。 所述梯级防沖刷齿槛群的每两个梯级之间的间 距 L为 8.0m, 防沖刷齿槛 1埋深 H为 2.5m。
两个防沖刷齿槛 1在束流侧墙 2之间、 相对所述泥石流排导槽的中心线呈 左右对称分布， 共同构成所述梯级防沖刷齿槛群的一个梯级； 所述泥石流排导 槽宽度 D大于 2倍防沖刷齿槛 1在束流侧墙（2 )垂直方向上的横向长度^ 在 P 2% 设计标准下， 排导槽的泥石流流量为 28.0m 3 /s, D取 3.0m, B取 1.2m。 防沖 刷齿槛 1与束流侧墙 2相连处呈倾斜角度 α, 且向下游侧倾斜， α取 75。。
防沖刷齿槛 1在沿束流侧墙 2垂直方向上， 呈中间低、 靠束流侧墙 2端高； 防沖刷齿槛 1的高度差 h与防沖刷齿槛 1在束流侧墙 2垂直方向上的横向长度 B 之比的横坡比降 l :n取 1 :4。 在沿束流侧墙 1纵向方向上， 防沖刷齿槛 1的顶部 宽 ^取0.6111、底部宽 b 2 取 1.0m, 下游侧垂直，上游侧倾斜； 上游侧斜面高度 与 底部宽 b 2 、 顶部宽 差之比的上游侧比降 l :m取 1 :0.4。 取 1.0m。
实施例二
如图 1、 图 2、 图 3所示。 针对流域面积为 20.0 km 2 、 堆积扇面坡降为 3%。 在设计标准下主要考虑水石流和山洪。 与实施例一相同之处不再重复赘述， 不 同之处在于： 所述梯级防沖刷齿槛群的每两个梯级之间的间 距 L为 25.0m, 防沖 刷齿槛 1埋深 H为 1.5m。
在 P 2% 设计标准下，排导槽的泥石流流量为 100.0 m 3 /s, D取 16.0m, B取 1.6m; 倾斜角度 α取 45。； 横坡比降 1:η取 1:20; 顶部宽 ^取 1.5m、 底部宽 b 2 取 2.0m, 上游侧比降 1： m取 1:1。 取 0.5m。