专利名称：一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法
技术领域：
本发明涉及电カ行业工程建设技术研究領域，具体为ー种多土层溃堤的冲刷深度计算方法。
背景技术：
我国江河众多，河流堤防线长，许多电カ输电线路不可避免地需要沿靠河堤或跨越河堤走线。根据《防洪标准》(GB 50201-94)规范，电カエ程设计标准多为50年、100年一遇设计标准，而目前我国堤防设计防洪标准多在20年一遇左右，故当发生50年或100年一遇洪水时，堤防有可能发生溃堤的可能。堤防溃ロ后会产生流速较大的水流，水流对土壤产生冲刷，并形成一定规模的冲刷坑，冲刷坑对工程基础的安全威胁很大，从设计角度出发必须进行溃堤洪水计算，计算出溃堤的水深、流速、冲刷坑的深度和范围等等，以确保电カ工程的安全。·根据实践经验，工程附近堤防是否有溃堤的可能可从以下两方面考虑I)堤防的标准和质量(即堤防的等级)。凡防洪标准不高、土质较差、堤身单薄、堤基不良的情况都有溃堤的可能；2)堤防迎水面有无台地、台地高程和宽度。若台地高程较高，且有一定的宽度，土质抗冲性能良好，可不考虑溃堤的可能；若堤防迎水面无台地，河泓逼近堤脚，迎流顶冲，或堤防迎水面台地较窄、土质差，难以抗拒河床的横向冲刷时，则应考虑溃堤的可能。以前的电カエ程规程、规范等等未对电カエ程附近溃堤计算作明确的论述，2010年中国电カ规划设计协会主持編制的《电カエ程水文气象计算手册》(简称计算手册)中作了如下说明I)河道溃堤ロ门最大单宽流量计算。河堤溃决后，其泄流情况与水库溃坝下泄洪水性质相类似其主要区别在于溃口上侧水位变化不同。水库溃坝后其洪水位一般降低不多，甚至维持不变，且负波不明显。为简化计算，兹仍用溃坝最大流量简化公式的形式近似地估算溃堤最大单宽流量，即q = 0. 9IH372 (I)式中q——溃堤ロ门最大单宽流量，m3/s m ；H——溃堤水位下的水头，m ;假定堤防瞬时溃决至地面，超设计标准洪水位下的水头H值也可以堤高代入。堤防决ロ的部位不同，对下泄流量的影响也有不同，可用侧堰系数K。值来订正，SPq = 0. 9 IKcH372 ( 2)当决ロ横断面与河水流向平行时，Kc = 0.8 0.9 (—般可取0.85);当决ロ横断面与河水流向垂直吋，K。= 1.0。当决ロ横断面与河水流向交角P在0° 90°之间时，可按其角度的正弦值即按SinP值内插。所以，当河堤决ロ横断面与河水流向平行吋，q = 0. 91X0. 85H3/2 = 0. 77H3/2 (3)
2)溃堤ロ门堤下的临界水深计算。由于现场实际情况各异，建议按闸下临界水深公式计算，即
权利要求
1.一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于，由多个土层构成的复合土层，在冲刷坑深度的计算中，将所述复合土层层厚换算为在同样冲刷条件下物理性质相当的单一粒径土壤的有效层厚，用于上述计算的对比分析； 所述有效层厚的求算过程中，不同粒径土层之间互化过程如下 设土层M为待转化土层，土层N为目标粒径值土层，其层厚分别为LM、LN，粒径分别为dM、dN，则土层M换算为目标粒径后的有效层高Lm’为V =LmX (dM/dN) Y (8)； 上式中，Y为修正系数。
2.根据权利要求I所述的一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于 所述修正系数Y初始值可取为I，试算后根据实际溃堤调查情况及本地历史数据综合取定采值。
3.根据权利要求I或2所述的一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)、设所述待测复合土层由地表至地下依次包括土层I、土层2、土层3至土层η，η为自然数； 设每个单层土层的土壤平均粒径为屯，土层高度为Li, i=l, 2，……η ； (2)、利用土壤局部冲刷公式计算平均粒径为Cl1的土壤冲刷坑最大深度H1 如氏〈土层I高度L1，则计算结束，H1即为所求冲刷坑的最大深度； 如H1SL1，则进入步骤(3)； (3)、利用土壤局部冲刷公式计算平均粒径为d2的土壤冲刷坑最大深度H2，计算土层I和土层2构成的一级复合土层换算成平均粒径为d2时的有效层高L12’ = (LfL1X (Cl1Al2)Y) 如H2〈L12’，则计算结束，(H2-L1X (Cl1Al2) ^L1)即为所求冲刷坑的最大深度； 如L2>L12’，则进入步骤(4)； (4)、利用土壤局部冲刷公式计算平均粒径为d3的土壤冲刷坑最大深度H3,计算土层I、土层2和土层3构成的二级复合土层换算成平均粒径为d3时的有效层高L123’=(L3+L2X (d2/d3) ^L1X (Vd3) γ) 如H3〈L123’，则计算结束，(H3-L2X (d2/d3) WL2-L1X (Vd3) ^L1)即为所求冲刷坑的最大深度； 如H3>L123’，则按照上述规则继续计算，直至计算出平均粒径为dk的冲刷坑最大深度Hk小于土层I至土层k构成的多级复合土层的有效层高，即Hk〈(U+LhX (d^/d,)Y+Lk_2X (dk_2/dk) Y……+L1X ((Vdk) Y)或全部土层计算结束，k为3至n以内的自然数。
4.根据权利要求3所述的一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于，所述土壤局部冲刷公式采用非粘土局部冲刷公式，即
5.根据权利要求4所述的一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于公式(9)中，下泄水流流速分布动量的修正系数通常取值为I. 10。
6.根据权利要求4所述的一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于公式(9)中，冲刷坑范围内泥沙的比重G1通常取值为2.7。
7.根据权利要求4所述的一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，其特征在于公式(9)中，若水体含沙量不大，溃泄水体的比重通常取值为1.0。
全文摘要
本发明公开了一种多土层溃堤的冲刷深度计算方法，在多土层的复杂计算过程中，估算与复合土层物理性质相当的单土层参数作为替换参数，将问题化解为单土层计算问题。而针对单土层冲刷坑的分析与计算在现有技术中已被成熟应用。故本发明在确保满足工程实际需要及计算精度的情况下，简化了计算过程，使复杂的土层结构情况在溃堤分析中更易于处理，能更好的应用于工程设计，提高工作效率。
文档编号G06F17/50GK102789534SQ201210285450
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者张洋 申请人:江苏省电力设计院