塔子溝泥石流基本特征值計算與分析

劉浩天

（湖南省勘測設計院有限公司 湖南長沙 410004）

塔子溝泥石流位于四川省理縣樸頭鄉莊房村塔子溝組，該泥石流威脅26 戶142 人，耕地140 余畝的安全，該溝谷內崩塌、滑坡災害較嚴重，松散物質儲量十分豐富，“5·12地震”后溝谷內物源增加［1］，結合溝道內原松散堆積物，總固體物源約52 萬方，塔子溝泥石流規模為大型。

泥石流特征值獲取主要通過工程地質測繪獲得泥石流泥位斷面特征進行計算，其計算結果為防治方案設計提供可靠技術依據［2］。

1 泥石流特征值計算與分析

1.1 泥石流容重計算

1.1.1 現場測試法

現場測試法是現場采取泥石流堆積區堆積體樣品，現場進行調配泥石流流體，通過對泥石流樣品的總質量和總體積進行測量，采用下公式計算泥石流容重。

式中，γc為泥石流流體狀態容重（t/m3）；Gc為模擬法配制流態樣品重量（t）；V為模擬法配制流態樣品體積（m3）。

通過現場試驗計算各次稱重的平均值是1.817t/m3（見表1）。

表1 現場泥石流流體容重試驗統計表

1.1.2 查表法

根據《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ/T 0220-2006）（以下簡稱《規范》）附錄G泥石流易發程度數評分標準對泥石流進行評分，該泥石流綜合得分是106分，對應的重度為1.731t/m3。

1.1.3 綜合取值

“5·12 地震”后，泥石流溝內因地震產生崩塌滑坡體致使物源量增加，現泥石流特征也將與過去所有泥石流特征有所不同。查表法是在野外調查基礎上具有一定的預測性結果，將其用于設計依據更適宜，另一方法得出重度值用來作為參考，故流體重度取1.731t/m3。

1.2 泥石流流量

1.2.1 形態調查法

形態調查法的基本程序如下。

（1）繪制溝道橫斷面，包含面積與上頂寬度，從而分析計算出泥深。

（2）按流速公式，分別求出拐點處的平均流速，再乘以拐點處斷面面積，計算泥石流流量，所得流量為不同泥深泥石流流量［3］。

（3）擬合泥深與流量曲線，根據近期泥石流泥痕高度，插圖可得近期泥石流流量。

擬建壩1、壩2 形態調查法結果如圖1和圖2所示。

2007年泥石流在壩1 和壩2 的平均泥深分別為1.2m 和2.3m，對應的歷史流量分別為202m3/s 和220m3/s。

1.2.2 雨洪法

該方法是選用《規范》中雨洪法計算泥石流流量［4］，首先查《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》附圖1與圖2［5］。

圖1 擬建壩1 流量—泥位曲線

圖2 擬建壩2 流量—泥位曲線

計算得，20年一遇暴雨條件下，泥石流峰值為139.7m3/s；50年一遇暴雨條件下，泥石流峰值為169.3m3/s（見表2～4）。

表2 塔子溝20年一遇洪峰流量計算表

表3 塔子溝50年一遇洪峰流量計算表

表4 塔子溝20年一遇、50年一遇泥石流峰值流量計算表

1.3 一次泥石流沖出總量計算

一次泥石流沖出總量（Q）的計算，一般采用現場實測法與數學計算法確定。現場實測法因精度要求較高，現場不具備測量條件，只能作為一個粗略計算。數學計算法是根據泥石流漲落特征，通過泥石流歷時T和最大流量Qc，按下式計算：

Q=KTQc

當F＜5km2K=0.202

F=5～10 km2K=0.113

F=10～100 km2K=0.0378

F＞100km2K＜0.0252

其中，F為匯水面積。

一次沖出固體物質的總量QH由下式計算：

QH=Q(γC-γW)/(γH-γW)

式中：γH為泥石流中固體顆粒容重（t/m3）；γC為泥石流容重（t/m3）；γW為水容重（t/m3）。

泥石流沖出固體物質總量計算結果見表5。

表5 泥石流沖出固體物質總量

1.4 泥石流流速計算

采用通用公式計算流速。壩1 和壩2 的泥石流流速計算結果見表6。

表6 流速計算表

1.5 泥石流整體沖擊力和泥石流中大塊石沖擊力計算

（1）泥石流整體沖擊力計算公式。

式中：δ為泥石流體整體沖擊石流（kPa）；g為重力加速度（m/s2），取g=9.9m/s2；α為建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角（°）；λ建筑物形狀系數，方形為1.47，矩形為1.33，圓形、尖端圓端形為1；VC為泥石流斷面平均流速（m/s）。

計算結果見表6。

（2）泥石流中大塊石沖擊力計算公式。

式中：F為對墩的沖擊力（t）；r為動能折減系數=0.3；α為建筑物受力面與泥石流沖壓力方向的夾角（°）；W為石塊重量（t）；V2為泥石流中塊石移動速度（m/s）；C1、C2為巨石、橋墩的彈性變形系數=0.005。

泥石流整體沖擊力和泥石流中大塊石沖擊力計算結果見表7。

表7 泥石流沖擊力計算表

1.6 泥石流最大沖起高度和彎道超高計算

泥石流最大沖起高度（△H）計算見公式：

泥石流在彎道處易出現彎道超高情況［6］，其計算公式見：

式中：VC為泥石流流速（m/s）；B為泥面寬度（m），取50m；R為主流中心曲率半徑（m），取40m。

通過計算，各斷面泥石流沖起高度見表8，其中，擬建壩2附近彎道超高為0.73m。

表8 各斷面泥石流沖起高度

2 結語

泥石流基本特征值的準確獲取對泥石流災害勘查與設計尤為重要；特征值的獲取需要大量的野外及室內分析計算，盡量采用多種方法相互驗證校核，確保參數的合理、準確、可靠，為泥石流的治理方案提供可靠的參數依據。

本項目采用防治方案是“導流堤+排導槽+攔擋壩綜合治理”，歷經14年，該治理措施抵擋多次泥石流沖擊，保護了莊房村塔子溝組的生命財產安全。