一种泥石流拦砂坝溢流口的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种泥石流防治技术，特别是涉及一种窄深束流式泥石流拦砂坝溢流口。
【背景技术】
[0002]我国山区的地形地质条件复杂，泥石流是威胁山区人民正常生产、生活的主要地质灾害之一。受地震、极端气候条件等因素的影响，山区泥石流暴发的频率越来越高，频繁活动的泥石流向下游输送大量的固体物质，使得拦砂坝库容极易被填满。满库条件下运行的拦砂坝，泥石流水头落差集中，下泄时流速大，常常对坝后动床造成强烈的冲刷，一场泥石流过后往往形成很深的冲刷坑，势必危及拦砂坝自身的稳定和安全。因此，如何增大拦砂坝满库条件下泥舌跌落点距坝脚的距离，同时减小坝后动床冲刷深度，进而减弱泥石流对坝脚的冲刷破坏，对确保拦砂坝的安全运行具有重要意义。
[0003]拦砂坝运行中，除受地形、地质、施工等条件影响以外，拦砂坝溢流口的结构体型直接决定了泥石流泥舌跌落点距坝脚的距离及坝后动床的冲刷深度。现有的溢流口设计形式主要是矩形断面和梯形断面，但是这样的结构体型使得泥石流在过坝时，呈现出“宽浅式”的水流特点；泥石流过坝时的泥深小、流速低，且溢流口底部为平坡或小底坡铺面，流速增加不明显，其跌落点一般离坝脚较近，冲刷坑不断向坝脚发展，常常导致坝基出露，而大多数情况下，受地形地质条件的限制，拦砂坝的选址并不位于基岩上，而是修建于泥石流松散堆积层上，因此对坝脚的严重冲刷势必危及整个拦砂坝的安全。据拦砂坝运行状况野外调查，坝基被跌落的泥石流冲刷是拦砂坝渍坝的重要原因。因此，拦砂坝坝基冲刷带来的巨大安全隐患，是拦砂坝溢流口设计必须考虑的重要问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种窄深束流式泥石流拦砂坝溢流口，能使泥石流过坝后形成较长的泥舌，增大泥石流跌落点距坝脚的距离，减弱泥石流对坝后动床的冲刷程度，且结构体型简单，易于工程实用。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是:
[0006]本实用新型提出的一种泥石流拦砂坝溢流口包括两侧边墙和设于两侧边墙间的底部溢流面；溢流口进口形状为矩形，进口宽度BI大于进口高度hi ;溢流口顶面的宽度由进口到出口保持一致，均等于进口宽度BI ;溢流口出口形状为梯形，出口顶部宽度等于进口宽度BI，出口底部宽度B小于出口顶部宽度；溢流面为曲面，溢流面的高程和宽度均沿进口向出口方向逐渐变小；边墙为扭面结构(由于溢流口进出口断面几何形状有变化，所以边墙需要用扭面结构，即为渐缩式扭面边墙)。
[0007]溢流口入口为常规的宽浅式矩形，中间为渐缩式束流结构，出口为上宽下窄的窄深式梯形；通过溢流通道的侧向收缩，有利于增强泥石流的“束流”效果，增加泥石流的泥位深度，提高泥石流出流速度，使泥石流过坝后形成较长的泥舌，增大泥石流跌落点距坝脚的距离，减弱泥石流对坝后动床的冲刷程度；出口采用上宽下窄的梯形设计，有利于进一步防止泥石流中龙头上部粗大颗粒堵塞于溢流通道内。溢流面起始端高程大于出口端高程，有利于泥石流体在过流通道内加速，出口处保持曲面水平或者向上挑。对于粘性或稀性泥石流，为防止泥石流中大颗粒或块石对溢流面的磨蚀破坏作用，出口处保持曲面水平；对于山洪或含沙水流，出口处保持曲面可适当上挑，以增大落水点与坝脚的距离。
[0008]溢流口进口处中心线上设有T型隔墩；隔墩首部宽度bl为五分之一溢流口进口宽度BI，隔墩尾部宽度b2为十分之一溢流口进口宽度BI ;可有效地阻拦大漂石，防止其堵塞过流通道。隔墩设置为T型的主要作用是增大泥石流与隔墩碰撞时的接触面积，减弱泥石流对隔墩的冲刷破坏作用。
[0009]溢流面由进口段曲面和出口段曲面两段曲面连接而成，进口段曲面为抛物线曲面或椭圆曲面，出口段曲面为圆弧曲面；进口段曲面和出口段曲面连接处光滑过渡；其主要目的是在较短的水平运动距离内使泥石流在竖直方向上获得较大的落差，从而使得泥石流运动的速度迅速增大。出口段曲面采用圆弧曲面，其主要目的是通过固定边界来改变泥石流的出流方向，使之获得较大的水平出流速度，减小泥石流竖向的初始速度(当溢流面出口保持水平时，泥石流出流时竖直方向初始速度为O)。
[0010]溢流口出口底部宽度B为进口宽度BI的0.5-0.6倍。对于规模较小的泥石流，溢流口出口底部宽度B适当缩窄，以增加出流速度，出口底部宽度B为进口宽度BI的1/2 ;对于规模较大的泥石流，可增大溢流口出口底部宽度B，其取值可达进口宽度BI的3/5。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0012](I)通过两侧扭面边墙收缩，改变溢流口过流断面形态，减小过流断面的宽度从而有利于泥石流泥深的增加，有利于泥石流出流速度的提高；而对于矩形和梯形溢流口，由于过流断面形态无变化，所以进出溢流口的流速基本不变。
[0013](2)进出口存在高程差，泥石流过溢流口时，其所具有的势能转化为动能，从而增大了泥石流的流速，如果溢流面出口保持水平，则主要增大水平方向的运动速度，有利于增大泥舌跌落点距坝脚的距离，可有效防止对拦砂坝坝脚的冲刷；而对于矩形和梯形溢流口，由于进出口不存在高程差，所以进出溢流口的流速基本不变。
[0014](3)由于出口高程低，根据质点抛射体理论，其到达下游动床面的竖直流速小，有利于减弱泥石流对动床的冲击作用；而对于矩形和梯形溢流口，由于出流位置较高，泥石流到达下游动床面的竖直流速大，所以对下游动床的冲击作用较强。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的俯视示意图。
[0016]图2是图1中A-A'剖面示意图。
[0017]图3是图1中C-C剖面示意图。
[0018]图4是图1中D-D'剖面示意图。
[0019]图5是实施例1中本实用新型的布置示意图。
[0020]图中标号如下:
[0021]I隔墩2溢流面
[0022]3边墙4进口段曲面
[0023]5出口段曲面
[0024]BI进口宽度B出口底部宽度
[0025]hi进口高度h2溢流面进出口高差
[0026]d隔墩长度L溢流口长度
[0027]bl隔墩首部宽度b2隔墩尾部宽度
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。
[0029]实施例1
[0030]如图1、图2、图3、图4、图5所示。某泥石流沟流域面积10.5km2，泥石流活动频繁，拟在该流域内布置3座谷坊和I座控制型拦砂坝用于防治泥石流灾害。设计拦砂坝坝高7.Sm，坝顶宽度1.2m，坝轴线长度35.0m，坝顶中部连续布置4个泥石流拦砂坝溢流口，溢流口长度L为1.2m。所述溢流口包括两侧边墙3和设于两侧边墙3间的底部溢流面2。溢流口进口形状为矩形，进口宽度BI为1.0m,进口高度hi为0.5m ;溢流口顶面的宽度由进口到出口保持一致，均为1.0m ;溢流口出口形状为梯形，出口顶部宽度为1.0m,出口底部宽度B为0.6m。溢流面2由进口段曲面4和出口段曲面5两段曲面连接而成，进口段曲面4为抛物线曲面，出口段曲面5为圆弧曲面，进口段曲面4和出口段曲面5连接处光滑过渡。溢流面2的高程和宽度均沿进口向出口方向逐渐变小，溢流面2进出口高差h2为1.5m ;边墙3为扭面结构。每个溢流口进口处中心线上均设有钢筋混凝土浇筑的T型隔墩1，其底部嵌入拦砂坝；隔墩I首部宽度bl为0.2m,隔墩I尾部宽度b2为0.1m,隔墩I长度d为0.5m。
[0031]实施例2
[0032]如图1、图2、图3、图4所示。某泥石流沟流域面积30.5km2，泥石流活动频繁，拟在该流域内布置8座谷坊和I座控制型拦砂坝用于防治泥石流灾害。设计拦砂坝坝高18.6m，坝顶宽度3.5m，坝轴线长度65.0m,坝顶中部连续布置10个泥石流拦砂坝溢流口，溢流口长度L为3.5m。所述溢流口包括两侧边墙3和设于两侧边墙3间的底部溢流面2。溢流口进口形状为矩形，进口宽度BI为2.0m,进口高度hi为1.0m ;溢流口顶面的宽度由进口到出口保持一致，均为2.0m ;溢流口出口形状为梯形，出口顶部宽度为2.0m,出口底部宽度B为1.0m。溢流面2由进口段曲面4和出口段曲面5两段曲面连接而成，进口段曲面4为椭圆曲面，出口段曲面5为圆弧曲面，进口段曲面4和出口段曲面5连接处光滑过渡。溢流面2的高程和宽度均沿进口向出口方向逐渐变小，溢流面2进出口高差h2为4.0m ;边墙3为扭面结构。每个溢流口进口处中心线上均设有钢筋混凝土浇筑的T型隔墩1，其底部嵌入拦砂坝；隔墩I首部宽度bl为0.4m，隔墩I尾部宽度b2为0.2m,隔墩I长度d为0.6m。
【主权项】
1.一种泥石流拦砂坝溢流口，所述溢流口包括两侧边墙(3)和设于两侧边墙(3)间的底部溢流面(2)，其特征在于:溢流口进口形状为矩形，进口宽度BI大于进口高度hi ;溢流口顶面的宽度由进口到出口保持一致，均等于进口宽度BI ;溢流口出口形状为梯形，出口顶部宽度等于进口宽度BI，出口底部宽度B小于出口顶部宽度；溢流面(2)为曲面，溢流面(2)的高程和宽度均沿进口向出口方向逐渐变小；边墙(3)为扭面结构。
2.根据权利要求1所述的泥石流拦砂坝溢流口，其特征在于:溢流口进口处中心线上设有T型隔墩(I)。
3.根据权利要求2所述的泥石流拦砂坝溢流口，其特征在于:隔墩(I)首部宽度bl为五分之一溢流口进口宽度BI，隔墩(I)尾部宽度b2为十分之一溢流口进口宽度BI。
4.根据权利要求1-3任一所述的泥石流拦砂坝溢流口，其特征在于:溢流面(2)由进口段曲面⑷和出口段曲面(5)两段曲面连接而成，进口段曲面⑷为抛物线曲面或椭圆曲面，出口段曲面(5)为圆弧曲面。
5.根据权利要求4所述的泥石流拦砂坝溢流口，其特征在于:进口段曲面(4)和出口段曲面(5)连接处光滑过渡。
6.根据权利要求1-3任一所述的泥石流拦砂坝溢流口，其特征在于:溢流口出口底部宽度B为进口宽度BI的0.5-0.6倍。
【专利摘要】本实用新型公开了一种泥石流拦砂坝溢流口。所述溢流口包括两侧边墙和设于两侧边墙间的底部溢流面；溢流口进口形状为矩形，进口宽度B1大于进口高度h1；溢流口顶面的宽度由进口到出口保持一致，均等于进口宽度B1；溢流口出口形状为梯形，出口顶部宽度等于进口宽度B1，出口底部宽度B小于出口顶部宽度；溢流面为曲面，溢流面的高程和宽度均沿进口向出口方向逐渐变小；边墙为扭面结构。与现有技术相比，本实用新型能使泥石流过坝后形成较长的泥舌，增大泥石流跌落点距坝脚的距离，减弱泥石流对坝后动床的冲刷程度，且结构体型简单，易于工程实用。
【IPC分类】E02B8-06
【公开号】CN204435329
【申请号】CN201420701252
【发明人】陈华勇, 崔鹏, 唐金波, 陈剑刚, 周公旦
【申请人】中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年11月21日