基于漂木分离效果的鱼脊型水石分离结构参数优化

山洪、泥石流中往往携带有大量漂木,漂木的堵塞作用和冲击作用往往会加剧灾害,并对山洪、泥石流防治工程造成影响。鱼脊型泥石流水石分离结构是一种新型的水石分离结构,对泥石流中粗大颗粒具有良好的分离作用,但该结构对漂木的分离作用和漂木对结构的影响尚未进行研究。本文通过模型实验,研究了引流口的漂木过流能力和水石分离格栅对漂木的分离效果,探讨了该结构对漂木的减灾效果及相关影响因素。实验结果表明水石分离格栅结构参数以及流速对漂木的分离效果有重要影响。根据实验结果提出了基于漂木分离效果的鱼脊型水石分离结构主要参数的优化方法。     

漂木对泥石流输移过程影响试验研究

泥石流搬运大量漂木造成严重危害。通过模型试验，模拟了水力型泥石流搬运漂木并经缝隙坝调控的整个输移过程，分析了漂木长度、漂木量对泥石流输移过程及缝隙坝调控性能的影响。研究结果表明，漂木长度对泥沙启动、缝隙坝过流模式和堵塞特征有重要影响。随着漂木长度增大，泥沙启动率逐渐减小，稳定的漂木对泥沙具有锚固作用。当漂木长度L_w与缝隙坝开口宽度b的比值L_w/b<1.0时，漂木对缝隙坝泥沙拦截率及坝后泥沙堆积体中影响不大。当1.0w/b<1.5时，漂木在缝隙坝处产生轻微堵溃现象，不形成稳定堵塞体。泥沙拦截率随着L_w/b的增大而增大，L_w/b≥1.5时，易形成稳定的漂木堵塞体。缝隙坝泥沙拦截率可达90%以上，坝后堆积体回淤纵坡显著减小，靠近坝体的堆积体粗化现象明显，中值粒径随着L_w/b的增大而增大。漂木相对体积V_w/V_s>0.05时对上述过程有一定影响。本研究为深入理解漂木的影响及缝隙坝的优化设计提供了...     

鱼脊型泥石流水石分离结构强度计算方法

泥石流中大量存在的粗颗粒增强了泥石流的破坏力,对粗颗粒进行调控可以有效减小泥石流的危害。现有对粗颗粒具有调控作用的主要为各种透水型拦挡坝,大量的工程实践表明现有这些水石分离结构均存在一个普遍问题,即结构开口容易被分离的石块淤积和堵塞,从而使结构的水石分离功能不能持续发挥。一种新型的鱼脊型水石分离结构能有效解决这一问题,但是在将该结构应用于泥石流减灾实践前,我们必须确定结构的强度计算方法。通过理论分析发现：结构中引流坝的计算方法与传统重力拦砂坝类似,且泥石流荷载主要作用于水石分离格栅的肋梁上,通过简化肋梁的计算模型,将肋梁与脊梁连接处简化成铰结点,肋梁与基础之间的约束简化成铰支座,主要考虑泥石流重力、泥石流中石块冲击力以及泥石流体动压力三种荷载的作用,据此计算出三种荷载作用下肋梁任意截面的内力,最终建立肋梁强度的验算公式,以此作为工程设计中选取水石分离格栅合理截面型式和尺寸的依据。     

鱼脊型泥石流水石分离结构适用性的模型试验研究

水石分离是泥石流工程防治常用的方法,现有水石分离结构均存在结构开口易被堵塞的现象。为了解决这一问题,我们曾设计了一种鱼脊型泥石流水石分离结构,但是该结构对不同类型泥石流的适用范围还有待深入研究。本文通过室内模型试验,模拟不同泥石流密度下的水石分离过程,进行对比试验,探讨泥石流密度对水石分离的影响。试验结果表明:在不同泥石流密度条件下,95%以上大于设计分离粒径的固体颗粒均会被分离出来,显示鱼脊型水石分离结构具有良好的分离粗颗粒能力,但是当泥石流密度大于1 900 kg/m3后,小于设计分离粒径的固体颗粒分离比例明显变大,结构排泄细颗粒的功能将减弱,而且水石分离前后泥石流密度变化不大,结构选择性分选砾石和调节泥石流密度的能力显著下降。对比结构的理想运行效果,得到该结构主要适用于密度小于1 900 kg/m3的泥石流。     

鱼脊型水石分离结构对泥石流的物质与能量调控效果试验研究

为了深入了解鱼脊型水石分离结构对泥石流的调控效果,展开了系统的试验研究。根据鱼脊型水石分离结构的特点,分析了该结构对泥石流具有控制性且定量分离粗颗粒、减小泥石流容重和泥沙含量、减小泥石流流速等物质与能量调控功能,提出了相关表征参数;并通过试验得到以下结果:鱼脊型水石分离结构对固体物质不同粒径段的分离作用不同。其中,大于格栅间距的粗颗粒分离比可达0.8～1.0,而小于格栅间距的细颗粒分离比可用格栅间距及细颗粒平均粒径之比(D/dfm)幂函数关系表达。基于此,推导单个结构和多级结构的泥沙总分离率的经验计算公式。总体而言,鱼脊型水石分离结构分离出来的固体颗粒具有较好的分选性,可为分离物的二次利用提供可能;经过水石分离结构调控后流体携带的固体颗粒平均粒径减小,容重降低,流速减小,经结构调控后的泥石流容重的计算公式也得到了验证。研究成果为鱼脊型水石分离格栅和梯级水石分离结构系统的设计及工程应用提供依据。