拦挡坝及谷坊在绿荫塘泥石流防治中的应用

张　伟　程晓辉

(1.十四冶建设云南勘察设计有限公司，云南昆明　650031; 2.云南省有色地质局勘测设计院，云南昆明　650051)

拦挡坝及谷坊在绿荫塘泥石流防治中的应用

张伟1程晓辉2

(1.十四冶建设云南勘察设计有限公司，云南昆明650031; 2.云南省有色地质局勘测设计院，云南昆明650051)

摘要:介绍了绿荫塘泥石流区的地质环境状况，简述了泥石流的水源条件、规模及发展趋势，并从流速、流量、冲击力等方面，计算了泥石流的特征值，并依据相关设计标准，论述了拦挡坝及谷坊相结合的防治方案，取得了一定的防灾效益。

关键词:泥石流，特征值，拦挡坝，谷坊

1　地质环境概况

1.1气象与水文

工程区属于北亚热带气候类型。年平均气温7.5℃～9.0℃。年平均降雨量为830 mm～890 mm，年蒸发量为1 000 mm～1 100 mm。绿荫塘泥石流位于大白河中游东岸，沟发源于工程区南东海拔2 200 m的下小营附近，总长约2 km，属北边大沟的支沟，最终流入大白河;调查期间，沟内流量约为2.6 L/s。

1.2地形地貌与地层岩性

工程区地貌类型为半山区，海拔1 600 m～2 400 m，地形起伏、多变，呈东西向相间展布狭窄的“V”形深谷密布。绿荫塘泥石流沟汇水面积约为1.01 km2，主沟总长2 089 m，平均坡降为282‰。出露的地层大类为第四系松散土层和基岩。

2　泥石流特征分析

2.1泥石流物源及水源条件

防治工程区泥石流沟物源主要有滑坡、崩塌等重力型堆积体、坡面及细沟侵蚀以及沟床堆积物三种类型。工程区雨季多暴雨，暴雨和阵雨量约占年总降水量的1/2以上;工程区1/3的面积处于强烈暴雨和丰水高度带内，加之有利的物源区地形地貌条件，可为泥石流的形成提供丰富的水源。

2.2泥石流规模及发展趋势

绿荫塘泥石流沟的固体松散物质总量104.24万m3，年可移动方量为6.35万m3，滑坡、崩塌等重力型堆积体、坡面及细沟侵蚀堆积物较多，为暴发泥石流的主要物源，绿荫塘泥石流沟属中型规模泥石流沟。绿荫塘泥石流易发程度属易发。

2.3泥石流特征值计算

1)泥石流流体及固体物密度。a.泥石流堆积物颗粒组成。对防治工程区的泥石流堆积物颗粒组成采用现场测绘综合调查法及室内取样分析法。室内试验用的试样取自泥石流堆积区，试验结果如表1所示。b.泥石流流体特征及重度。通过试验得到泥石流浆体重度1.46 t/m3～1.53 t/m3，最终取值1.51 t/m3，固体松散物重度1.95 t/m3～2.15 t/m3，最终取值2.10 t/m3。

表1　堆积区泥石流堆积物颗粒组成分析结果表

2)泥石流流速。绿荫塘泥石流重度γc=1.51 t/m3，本泥石流属于稀性泥石流，按30年一遇，采用西南地区(铁二院)稀性泥石流公式计算:

这些计算参数中，泥石流平均水深主要根据现场测量确定。泥砂修正系数按Φ= (γc－γw) /(γH－γc)计算得出，沟床糙率按野外调查得到的清水河床形态特征查《云南省水文手册》中的天然河道糙率表确定，n取0.034。通过利用上述公式计算出泥石流流速约为5.35 m/s。

3)泥石流流量计算。a.形态调查法Qc= Fc·Vc; b.雨洪修正法Qc= Qw·( 1 +φ)·Dc(东川泥石流流量公式) ; c.配方法: Qc= Qw·( 1 +φ)。推荐采用雨洪修正法计算结果作为设计值。泥石流流量计算结果见表2。

表2　不同频率泥石流洪峰流量

4)一次泥石流过程总量、固体物总量。

一次泥石流过程总量按下列计算公式进行计算:

据访问调查，1993年泥石流历时60 min，即T =3 600 s，计算结果见表3。

表3　一次泥石流总量计算结果表　m3

一次泥石流冲出的固体物总量按下列计算公式进行计算:

据此计算一次泥石流固体冲出物总量见表4。

表4　一次泥石流固体冲出物总量计算结果表　m3

经计算泥石流整体冲击力约58.66 kPa，因泥石流流体颗粒直径较小，故不考虑大石块冲击力计算。

6)泥石流弯道超高计算。泥石流弯道超高按下列公式进行计算:

5)泥石流整体冲击力计算。泥石流整体冲击压力采用以下公式计算:

选择在布设拦挡弯道附近进行计算，包括拦挡坝和谷坊坝，综合考虑计算所得泥石流弯道超高Δh =0.47 m。

3　防治工程设计

3.1设计标准、参数

1)设计标准。绿荫塘泥石流防治工程安全等级为三级，泥石流防治工程按30年一遇降雨强度进行设计，50年一遇的泥石流流量进行校核。2)设计工况的确定。设计计算工况划分为设计工况与校核工况。设计工况抗滑安全系数K =1.15，抗倾覆稳定安全系数K =1.40;校核工况抗滑安全系数K =1.06，抗倾覆稳定安全系数K =1.12。3)设计参数。绿荫塘泥石流防治工程所用到的一些岩土体物理力学性质指标表见表5。

表5　岩土体物理力学参数取值表

拦挡坝、谷坊等设计参数计算:坝后泥石流堆积物重度: 20.0 kN/m3;圬工砌体重度: 24.0 kN/m3。

3.2拦挡坝、谷坊坝分项设计

1)拦挡坝、谷坊坝坝体尺寸确定。拦挡坝、谷坊坝主要布设于泥石流形成区。在形成区沟道内修建1座拦挡坝及4座谷坊坝，目标是加强拦挡上游泥石流固体松散物，抬高主沟侵蚀基准面，增宽、增大过水断面，消减泥石流、洪水水动力条件，同时稳固现有沟床堆积物，以减弱泥石流对下游的影响及危害。各坝结构断面统计见表6。

表6　泥石流拦挡坝、谷坊坝断面统计表

2)坝体断面设计。

a.背水坡设计。为了使泥石流固体物质过坝落下而不损坏背水面，把背水坡度作落下石块的轨迹，计算公式如下:

经计算确定背水坡n = 0.10，因此将拦挡坝背水坡设计成1∶0.1。

b.坝顶宽的确定。根据《泥石流防治工程技术》(王继康)(中铁版)与DZ/T 0239—2004泥石流灾害防治工程设计规范综合分析，拦挡坝坝顶宽度为3.0 m，谷坊坝坝顶宽为1.5 m。

3)拦挡坝和谷坊坝的设计。

a.拦挡坝的设计。拦挡坝迎水面坡比按1∶0.6、背水面坡比按1∶0.1设计，其他主要设计参数见表7。

表7　拦挡坝设计参数表

b.谷坊坝的设计。本方案谷坊坝坝体采用M10水泥砂浆砌块石砌筑。谷坊调节容量常在原沟床纵坡( I)最大回淤坡线( 0.75I)～稳定回淤坡线( 0.5I)的范围内活动。通过谷坊的回淤，可使该段沟槽变缓加宽，扩宽泥面使泥石流泥深降低，减缓流速，使大颗粒固体物质在该段停积，通过回淤库容冲淤变化产生的调节容量，停淤大颗粒固体物质，减少下泄固体物质，减小泥石流峰值流量。谷坊坝设计参数见表8。

表8　谷坊坝设计参数表

4　结语

1)防治工程区的气象水文、地形地貌等条件决定了绿荫塘泥石流具备暴发的条件，其物源固体物质以表层滑坡和崩塌堆积体补给为主，泥石流具有危害性较大、防治难度大、周期长、涉及面广等特点，暴雨是泥石流的激发因素。

2)结合绿荫塘泥石流的实际情况，为防止泥石流对附近居民、耕地等造成危害，选用的防治方案为拦挡坝及谷坊坝工程。通过泥石流防治工程，最大限度地消除设计标准内的泥石流对绿荫塘村的威胁和危害，具有很好的防灾效益。

参考文献:

［1］游勇，柳金峰，谢洪，等.四川省金川县城区红桥沟、蔡家沟泥石流及其防治［J］.中国地质灾害与防治学报，2008，19( 4) :25-26.

［2］周必凡，李德基，罗德富，等.泥石流防治指南［M］.北京:科学出版社，1991:80-92.

［3］DT/T 0220—2006，泥石流灾害防治工程勘查规范［S］.

［4］云南省水文手册［Z］.

［5］DZ/T 0239—2004，泥石流灾害防治工程设计规范［S］.

［6］王继康.泥石流防治工程技术［M］.北京:中国铁道出版社，1996.

Application of blocking dam and check dam in debris flow prevention of Lvyintang

Zhang Wei1Cheng Xiaohui2
( 1.Yunnan Survey＆Design Co.，Ltd，The 14th Metallurgy Construction，Kunming 650031，China; 2.Yunnan Nonferrous Geology Bureau Survey＆Design Institute，Kunming 650051，China)

Abstract:The paper introduces geological environment conditions of debris flow region in Lvyintang，describes water source conditions，scale and development trend of debris flow，and calculates debris flow eigenvalues from aspects of velocity，discharge and impact force.According to relevant design criteria，it discusses preventive scheme by combining blocking dam with check dam，and finally achieves certain disaster preventing efficiency.

Key words:debris flow，eigenvalues，blocking dam，check dam

作者简介:张伟(1984-)，男，硕士，工程师;程晓辉(1984-)，女，硕士，工程师

收稿日期:2015-11-23

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0085-02

中图分类号:P642.23

文献标识码:A