塔子沟泥石流基本特征值计算与分析

刘浩天

（湖南省勘测设计院有限公司 湖南长沙 410004）

塔子沟泥石流位于四川省理县朴头乡庄房村塔子沟组，该泥石流威胁26 户142 人，耕地140 余亩的安全，该沟谷内崩塌、滑坡灾害较严重，松散物质储量十分丰富，“5·12地震”后沟谷内物源增加［1］，结合沟道内原松散堆积物，总固体物源约52 万方，塔子沟泥石流规模为大型。

泥石流特征值获取主要通过工程地质测绘获得泥石流泥位断面特征进行计算，其计算结果为防治方案设计提供可靠技术依据［2］。

1 泥石流特征值计算与分析

1.1 泥石流容重计算

1.1.1 现场测试法

现场测试法是现场采取泥石流堆积区堆积体样品，现场进行调配泥石流流体，通过对泥石流样品的总质量和总体积进行测量，采用下公式计算泥石流容重。

式中，γc为泥石流流体状态容重（t/m3）；Gc为模拟法配制流态样品重量（t）；V为模拟法配制流态样品体积（m3）。

通过现场试验计算各次称重的平均值是1.817t/m3（见表1）。

表1 现场泥石流流体容重试验统计表

1.1.2 查表法

根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T 0220-2006）（以下简称《规范》）附录G泥石流易发程度数评分标准对泥石流进行评分，该泥石流综合得分是106分，对应的重度为1.731t/m3。

1.1.3 综合取值

“5·12 地震”后，泥石流沟内因地震产生崩塌滑坡体致使物源量增加，现泥石流特征也将与过去所有泥石流特征有所不同。查表法是在野外调查基础上具有一定的预测性结果，将其用于设计依据更适宜，另一方法得出重度值用来作为参考，故流体重度取1.731t/m3。

1.2 泥石流流量

1.2.1 形态调查法

形态调查法的基本程序如下。

（1）绘制沟道横断面，包含面积与上顶宽度，从而分析计算出泥深。

（2）按流速公式，分别求出拐点处的平均流速，再乘以拐点处断面面积，计算泥石流流量，所得流量为不同泥深泥石流流量［3］。

（3）拟合泥深与流量曲线，根据近期泥石流泥痕高度，插图可得近期泥石流流量。

拟建坝1、坝2 形态调查法结果如图1和图2所示。

2007年泥石流在坝1 和坝2 的平均泥深分别为1.2m 和2.3m，对应的历史流量分别为202m3/s 和220m3/s。

1.2.2 雨洪法

该方法是选用《规范》中雨洪法计算泥石流流量［4］，首先查《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》附图1与图2［5］。

图1 拟建坝1 流量—泥位曲线

图2 拟建坝2 流量—泥位曲线

计算得，20年一遇暴雨条件下，泥石流峰值为139.7m3/s；50年一遇暴雨条件下，泥石流峰值为169.3m3/s（见表2～4）。

表2 塔子沟20年一遇洪峰流量计算表

表3 塔子沟50年一遇洪峰流量计算表

表4 塔子沟20年一遇、50年一遇泥石流峰值流量计算表

1.3 一次泥石流冲出总量计算

一次泥石流冲出总量（Q）的计算，一般采用现场实测法与数学计算法确定。现场实测法因精度要求较高，现场不具备测量条件，只能作为一个粗略计算。数学计算法是根据泥石流涨落特征，通过泥石流历时T和最大流量Qc，按下式计算：

Q=KTQc

当F＜5km2K=0.202

F=5～10 km2K=0.113

F=10～100 km2K=0.0378

F＞100km2K＜0.0252

其中，F为汇水面积。

一次冲出固体物质的总量QH由下式计算：

QH=Q(γC-γW)/(γH-γW)

式中：γH为泥石流中固体颗粒容重（t/m3）；γC为泥石流容重（t/m3）；γW为水容重（t/m3）。

泥石流冲出固体物质总量计算结果见表5。

表5 泥石流冲出固体物质总量

1.4 泥石流流速计算

采用通用公式计算流速。坝1 和坝2 的泥石流流速计算结果见表6。

表6 流速计算表

1.5 泥石流整体冲击力和泥石流中大块石冲击力计算

（1）泥石流整体冲击力计算公式。

式中：δ为泥石流体整体冲击石流（kPa）；g为重力加速度（m/s2），取g=9.9m/s2；α为建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角（°）；λ建筑物形状系数，方形为1.47，矩形为1.33，圆形、尖端圆端形为1；VC为泥石流断面平均流速（m/s）。

计算结果见表6。

（2）泥石流中大块石冲击力计算公式。

式中：F为对墩的冲击力（t）；r为动能折减系数=0.3；α为建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角（°）；W为石块重量（t）；V2为泥石流中块石移动速度（m/s）；C1、C2为巨石、桥墩的弹性变形系数=0.005。

泥石流整体冲击力和泥石流中大块石冲击力计算结果见表7。

表7 泥石流冲击力计算表

1.6 泥石流最大冲起高度和弯道超高计算

泥石流最大冲起高度（△H）计算见公式：

泥石流在弯道处易出现弯道超高情况［6］，其计算公式见：

式中：VC为泥石流流速（m/s）；B为泥面宽度（m），取50m；R为主流中心曲率半径（m），取40m。

通过计算，各断面泥石流冲起高度见表8，其中，拟建坝2附近弯道超高为0.73m。

表8 各断面泥石流冲起高度

2 结语

泥石流基本特征值的准确获取对泥石流灾害勘查与设计尤为重要；特征值的获取需要大量的野外及室内分析计算，尽量采用多种方法相互验证校核，确保参数的合理、准确、可靠，为泥石流的治理方案提供可靠的参数依据。

本项目采用防治方案是“导流堤+排导槽+拦挡坝综合治理”，历经14年，该治理措施抵挡多次泥石流冲击，保护了庄房村塔子沟组的生命财产安全。