一种促使滑坡分流的装置及方法

本发明涉及土木工程地质灾害防治技术领域，主要用于由于天气和人为引起的滑坡紧急防卫系统，以保证生产和人身安全，降低滑坡的危害。

背景技术：

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。我国滑坡的形成条件十分复杂，其中地貌格局、地质构造、地层岩性、暴雨洪水具有根本的控制性作用，人类工程活动的影响在许多时候又是起主导作用的因素。天然的或人工形成的边坡到处可见，由于各种原因致使边坡失稳时会产生不同规模的滑坡，给人们的生产、生活带来灾难和危险。因此，必须因地制宜考虑多种因素、采用综合治理的措施，防治滑坡，从而减少滑坡现象的发生以及降低因滑坡的危害。

目前滑坡防治的工程措施很多，国际岩土学会滑坡治理措施表中列举了包括改变斜坡的集合形态、排水、支挡结构、斜坡内部加固等方法。如重力式挡土墙、微型桩群、现浇的钢筋混凝土挡墙、笼式挡墙、盲沟、岩石锚栓、锚杆等等。但在防治中小型滑坡中，常规抗滑桩与预应力锚索的锚固段埋深太大，桩长与锚索长度动辄数十米至近百米，而传统挡土墙建立和拆卸操作过于繁琐，施工难度大，且无法反复使用，技术经济合理性较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种促使滑坡分流的装置及使用方法，本装置操作简单、安装迅速、反复使用，且有效的减少了人员暴露在滑坡下的时长，相比于其它治理滑坡的工程措施，该装置有广泛的工程实践意义和经济效益。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种促使滑坡分流的装置，它包括适应不同坡体形式的人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙，所述人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙支撑在钢锭的顶部，在人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙的背部铰接有液压阻尼器，所述液压阻尼器的尾部通过铰接座与底部支座铰接相连，所述人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙的两外侧壁交错布置有用于多个阻挡墙铰接相连的空心铰接套筒，所述空心铰接套筒之间通过销轴铰接相连。

所述人字形阻挡墙适用于下面有建筑物的坡体形式，促使滑坡分流，并抵挡下落石块泥土，减少建筑物的损伤。

所述建筑物包括房屋、公路、厂房或发电站。

所述可拆装阻挡墙适用于周围有沟壑的滑坡山体形式，并通过引流，将滑坡引到周围的沟壑中去，通过可拆装阻挡墙抵挡下落石块泥土，降低对山体下方建筑物的破坏程度。

所述可拆装阻挡墙采用一定弧度和弯曲的挡墙结构，且采用多层挡墙结构，每层之间相距4-6m，且呈高、低、高的分布规律，降低滑坡的动能，减弱对建筑物的损坏程度。

所述底部支座采用轻质高强的材料制成，并具有韧性，使其即吸收能量和抵抗反复冲击载荷或抵抗超过比例极限的短期应力的能力强；所述底部支座的外围设置有锚固板，所述锚固板上加工有锚固孔，所述锚固孔上安装有锚杆，并将底部支座锚固在地面。

所述可拆装阻挡墙上设置有斜向下的导流槽。

所述可拆装阻挡墙上设置有便携水袋。

促使滑坡分流的装置的阻挡墙尺寸设计方法，

根据冲击力学模型，对结构施加的力分为拖曳力ft、被动土压力fp及停滞区的重力和摩擦力的合力fgf，冲击力合力为fn：

fn＝ft+fgf+fp

根据半经验公式：

ft＝ρv1h1cda/2

根据室内模型试验：

式中：fr为静止土压力；ρ为土密度；v1为颗粒流的体积；cd修正后的静止土压力；a为颗粒流的横截面积；h1为颗粒流的厚度；g为重力加速度；a，n为经验系数，根据经验取为a＝10.8，n＝1.3；

目前在设计中，最为常用的土压力理论仍为经典的库伦和朗肯土压力理论，定义了挡土墙上的土压力fp：

式中：kp为被动土压力系数，ρ为土密度，α为坡度，为颗粒流的内摩擦角。

颗粒流在挡墙前堆积形成停滞区，对挡墙产生一个法向力，这部分合力记为fgf：

法向力：

fn＝ps+pd＝0.5kbρgh²+ρbv²h

式中：使用流体的平均速度v，以及变化的动态缩放系数0.5，g为挡土墙所受的重力，δ1和δ2为挡土墙各面所受到分力的方向与xy轴的夹角，ps为重力作用下的土压力，pd为流体作用下的土压力，k为土压力系数，取值1；b为挡墙单位宽度；h为沿重力方向堆积区的高度；

考虑到该装置，适用于中浅型高速滑坡，其中，浅型滑坡：滑坡体积v＜10×10⁴m³；中型滑坡：滑坡体积为10×10⁴＜v＜100×10⁴m³，高速滑坡：每秒滑动数米至数十米的滑坡；

所以根据冲击模型公式和材料容许应力计算公式：

式中，b为材料上某一点，τb为b点的切应力，mb为b点的弯矩，wb为b点的挠度，k为屈服台阶与强化因子；

式中，σmax为最大正应力，σjx为材料的极限应力，n0为规定的安全系数；

可得人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙的高度h，底面宽度q，顶面宽度p，底部支座宽度d1，长度b1。

促使滑坡分流的装置的使用方法，包括以下步骤：

对于下方有建筑物的滑坡山体：

step1：根据滑坡立方量和山体大小选择合适路径以及可拆装阻挡墙规格，滑坡前方要具有一定的开阔地形；

step2：将可拆装阻挡墙与锚杆锚固起来；

step3：将液压阻尼器和铰接座通过阻尼器固定块固定起来。

step4：将液压阻尼器、铰接座与可拆装阻挡墙最底部夹紧螺栓连接起来。

step5：将铰接座与底部支座通过螺栓连接起来；

step6：用锚杆将底部支座锚固在地面上；

step7：将便携水袋安装在可拆装阻挡墙迎坡侧；

对于周围有沟壑的滑坡山体：

step1：根据滑坡立方量和山体大小选择合适路径以及人字形阻挡墙规格，滑坡前方具有一定的开阔地形，可放置足够的人字形阻挡墙，根据滑坡设置好人字形阻挡墙的摆放角度；

step2：将人字形阻挡墙与锚杆锚固起来；

step3：将液压阻尼器和铰接座通过阻尼器固定块固定起来；

step4：将液压阻尼器、铰接座与可拆装阻挡墙最底部夹紧螺栓连接起来；

step5：将铰接座与底部支座通过螺栓连接起来；

step6：用锚杆将底部支座锚固在地面上；

step7：将便携水袋安装在人字形阻挡墙迎坡侧；

用于应对已知滑坡的定向引导或地灾实验中的教学示范：

step1：根据滑坡立方量和山体大小选择合适路径以及可拆装阻挡墙规格；

step2：将可拆装阻挡墙与锚杆锚固起来；

step3：将液压阻尼器和铰接座通过阻尼器固定块固定起来；

step4：将液压阻尼器、铰接座与可拆装阻挡墙最底部夹紧螺栓连接起来；

step5：将铰接座与底部支座通过螺栓连接起来；

step6：用锚杆将底部支座锚固在地面上；

step7：将便携水袋安装在可拆装阻挡墙迎坡侧。

本发明有如下有益效果：

1.本发明提出了人字形阻挡墙，相较于传统阻挡墙，本发明将滑坡产生的动能分散开，减少了滑坡下滑时产生动能对建筑物的损害。

2.本发明提出了可拆装阻挡墙的施工手段。与其他阻挡墙形式相比，该手段提高了装置利用率，同时降低了人员在滑坡下暴露的时长。

3.本发明采用多层阻挡墙，有效的降低了滑坡动能，更大程度上减弱了对建筑物的损坏。

4.本发明使用空心铰接套筒，使得阻挡墙可旋转一定的角度，增大了阻挡滑坡的面积，也利于滑坡的分流。

5.本发明使用液压阻尼器和铰接座、锚杆，将整个装置可旋转角度进一步扩大，同时将装置抵挡滑坡体的范围进一步增大。

6.本发明采用轻质高强度的材料做底座结构，例如木方，相较于其他装置的底部结构，它的吸收能量和抵抗反复冲击载荷或抵抗超过比例极限的短期应力的能力增强，能够承受住更强大的滑坡。

7.本发明所使用的各个组成部分均为单独的个体，即使用前组装，使用后拆卸。相较于其他装置，该手段大大的提高了装置的反复利用率，有效的节约了装置成本。

8.本发明使用导流槽结构，增大竖直方向摩擦力，有效减小滑坡动能，减小水平方向摩擦力，更有效引导滑坡分流。

9.本发明使用便携水袋，水袋承受滑坡冲击时爆裂，释放大量流动水和滑坡泥土结合，增加泥土流动性，更有效的使滑坡分流。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明单个人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙三维图。

图2是本发明单个人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙主视图。

图3是本发明单个人字形阻挡墙或可拆装阻挡墙左视图。

图4是本发明阻挡墙尺寸设计过程中受理分析图。

图5是本发明整体布置结构图。

图中：人字形阻挡墙1、可拆装阻挡墙2、钢锭3、空心铰接套筒4、液压阻尼器5、铰接座6、底部支座7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-3所示，一种促使滑坡分流的装置，它包括适应不同坡体形式的人字形阻挡墙1或可拆装阻挡墙2，所述人字形阻挡墙1或可拆装阻挡墙2支撑在钢锭3的顶部，在人字形阻挡墙1或可拆装阻挡墙2的背部铰接有液压阻尼器5，所述液压阻尼器5的尾部通过铰接座6与底部支座7铰接相连，所述人字形阻挡墙1或可拆装阻挡墙2的两外侧壁交错布置有用于多个阻挡墙铰接相连的空心铰接套筒4，所述空心铰接套筒4之间通过销轴铰接相连。通过采用上述结构的装置，其首次提出人字形可拆卸的多层阻挡墙，较其它阻挡墙，该手段提高了装置利用率，有效的降低了滑坡动能，同时降低了人员在滑坡下暴露的时长，减少了滑坡下滑时产生动能对建筑物的损害程度，且结构简单，材料易得，易操作、安装快捷，阻挡效果好，大幅节约所需资金、降低了对路面以及其他建筑物的损害程度、提高了路面以及其他建筑物的使用寿命，综上所述，该发明具有广泛的工程意义及经济效益。

进一步的，钢锭3它能经受冲击荷载，具有较高的强度和较低的弹性摸量、耐疲劳、抗高温氧化生长及良织。可以抵挡住动能很大的滑坡，提高了装置反复利用率。

进一步的，液压阻尼器5它利用防腐性能好、结构紧凑，且呈对称结构，安装空间小，受力更加合理，可以小幅度转动，与空心铰接套筒4一起应用，可以对各个方向的滑坡进行一定的阻挡。

进一步的，所述人字形阻挡墙1适用于下面有建筑物的坡体形式，促使滑坡分流，并抵挡下落石块泥土，减少建筑物的损伤。通过采用人字形阻挡墙1能够促使滑坡分流，并抵挡下落石块泥土，减少对建筑物的损害。

进一步的，所述建筑物包括房屋、公路、厂房或发电站。

进一步的，所述可拆装阻挡墙2适用于周围有沟壑的滑坡山体形式，并通过引流，将滑坡引到周围的沟壑中去，通过可拆装阻挡墙2抵挡下落石块泥土，降低对山体下方建筑物的破坏程度。通过引流可拆装阻挡墙2，将滑坡引到周围的沟壑里去，通过阻挡墙抵挡下落石块泥土，降低对山体下方建筑物的破坏程度。

进一步的，所述可拆装阻挡墙2采用一定弧度和弯曲的挡墙结构，且采用多层挡墙结构，每层之间相距4-6m，且呈高、低、高的分布规律，降低滑坡的动能，减弱对建筑物的损坏程度。由于滑坡的能量较大，故阻挡墙设置多层，起到缓冲减速的作用，致使滑坡移动到建筑物附近时，具有的能量较低，减弱对建筑物的损坏程度。通过设置多层有效的降低了滑坡的动能，减弱对建筑物的损坏程度。

进一步的，所述底部支座7采用轻质高强的材料制成，并具有韧性，使其即吸收能量和抵抗反复冲击载荷或抵抗超过比例极限的短期应力的能力强；所述底部支座7的外围设置有锚固板，所述锚固板上加工有锚固孔，所述锚固孔上安装有锚杆，并将底部支座7锚固在地面。

进一步的，所述可拆装阻挡墙2上设置有斜向下的导流槽。通过导流槽增大竖直方向摩擦力更有效减小泥土石块动能，减小水平方向摩擦力使泥土石块更快速分流。

进一步的，所述可拆装阻挡墙2上设置有便携水袋。增加便携水袋，在滑坡时受到石块的便携水袋会破裂，释放流动水和泥土结合，增加泥土的流动性，便于滑坡分流。

实施例2：

参见图4，促使滑坡分流的装置的阻挡墙尺寸设计方法，

根据冲击力学模型，对结构施加的力分为拖曳力ft、被动土压力fp及停滞区的重力和摩擦力的合力fgf，冲击力合力为fn：

fn＝ft+fgf+fp

根据半经验公式：

ft＝ρv1h1cda/2

根据室内模型试验：

式中：fr为静止土压力；ρ为土密度；v1为颗粒流的体积；cd修正后的静止土压力；a为颗粒流的横截面积；h1为颗粒流的厚度；g为重力加速度；a，n为经验系数，根据经验取为a＝10.8，n＝1.3；

目前在设计中，最为常用的土压力理论仍为经典的库伦和朗肯土压力理论，定义了挡土墙上的土压力fp：

式中：kp为被动土压力系数，ρ为土密度，α为坡度，为颗粒流的内摩擦角。

颗粒流在挡墙前堆积形成停滞区，对挡墙产生一个法向力，这部分合力记为fgf：

法向力：

fn＝ps+pd＝0.5kbρgh²+ρbv²h

式中：使用流体的平均速度v，以及变化的动态缩放系数0.5，g为挡土墙所受的重力，δ1和δ2为挡土墙各面所受到分力的方向与xy轴的夹角，ps为重力作用下的土压力，pd为流体作用下的土压力，k为土压力系数，取值1；b为挡墙单位宽度；h为沿重力方向堆积区的高度；

考虑到该装置，适用于中浅型高速滑坡，其中，浅型滑坡：滑坡体积v＜10×10⁴m³；中型滑坡：滑坡体积为10×10⁴＜v＜100×10⁴m³，高速滑坡：每秒滑动数米至数十米的滑坡；

所以根据冲击模型公式和材料容许应力计算公式：

式中，b为材料上某一点，τb为b点的切应力，mb为b点的弯矩，wb为b点的挠度，k为屈服台阶与强化因子；

式中，σmax为最大正应力，σjx为材料的极限应力，n0为规定的安全系数；

可得人字形阻挡墙1或可拆装阻挡墙2的高度h，底面宽度q，顶面宽度p，底部支座7宽度d1，长度b1。

实施例3：

参见图5，促使滑坡分流的装置的使用方法，包括以下步骤：

对于下方有建筑物的滑坡山体：

step1：根据滑坡立方量和山体大小选择合适路径以及可拆装阻挡墙2规格，滑坡前方要具有一定的开阔地形；

step2：将可拆装阻挡墙2与锚杆锚固起来；

step3：将液压阻尼器5和铰接座6通过阻尼器固定块固定起来。

step4：将液压阻尼器5、铰接座6与可拆装阻挡墙2最底部夹紧螺栓连接起来。

step5：将铰接座6与底部支座7通过螺栓连接起来；

step6：用锚杆将底部支座7锚固在地面上；

step7：将便携水袋安装在可拆装阻挡墙2迎坡侧。

实施例4：

对于周围有沟壑的滑坡山体：

step1：根据滑坡立方量和山体大小选择合适路径以及人字形阻挡墙1规格，滑坡前方具有一定的开阔地形，可放置足够的人字形阻挡墙1，根据滑坡设置好人字形阻挡墙1的摆放角度；

step2：将人字形阻挡墙1与锚杆锚固起来；

step3：将液压阻尼器5和铰接座6通过阻尼器固定块固定起来；

step4：将液压阻尼器5、铰接座6与可拆装阻挡墙2最底部夹紧螺栓连接起来；

step5：将铰接座6与底部支座7通过螺栓连接起来；

step6：用锚杆将底部支座7锚固在地面上；

step7：将便携水袋安装在人字形阻挡墙1迎坡侧；

实施例5：

用于应对已知滑坡的定向引导或地灾实验中的教学示范：

step1：根据滑坡立方量和山体大小选择合适路径以及可拆装阻挡墙2规格；

step2：将可拆装阻挡墙2与锚杆锚固起来；

step3：将液压阻尼器5和铰接座6通过阻尼器固定块固定起来；

step4：将液压阻尼器5、铰接座6与可拆装阻挡墙2最底部夹紧螺栓连接起来；

step5：将铰接座6与底部支座7通过螺栓连接起来；

step6：用锚杆将底部支座7锚固在地面上；

step7：将便携水袋安装在可拆装阻挡墙2迎坡侧。