泥石流虹吸分流排水能力理论计算方法

摘要

我国是一个幅员辽阔的多山国家，容易遭受各种自然灾害，泥石流作为一种发生频度高的自然灾害，具有高致灾性，严重威胁着生命以及财产安全，所以泥石流防治始终为一项重要的研究课题。水动力因素是导致泥石流发生的基本条件，目前在泥石流消除水动力的截排水分流工程中，全部采用重力流排水形式，此种方式不仅存在着圬工量大、造价高、施工周期长、排水效率低的缺点，而且容易被泥石流所携带的砾石泥沙淤积堵塞，导致整体防治结构失效。采用水石分离的虹吸排水技术，利用虹吸效应，具有自然启动以及自清淤能力，可以避免泥沙淤积，并大幅提高排水分流效率以及持久性，但目前水石分流虹吸管布置设计中缺乏管径与布置形式选择的相关研究。本文结合水力学分析以及公式的推导，尽可能多地考虑影响因素，建立基本模型，通过推导得到以虹吸排水管管经d、虹吸管布置长度1、扬程高度h、坡角β以及扬程弯管曲率半径η为参数的的虹吸管排水能力计算公式。
　　结合PE80管材标准规格，进行虹吸管排水能力的计算，得出了可用于不同管径下虹吸管排水能力设计的基础值。针对实际工程中存在的复杂坡体型式，不能简单归结为直线进行计算，故将虹吸管分段归纳为多段弧线或者折线组成形式以直线布置基础模型排水能力公式为基础，引入多段弧线以及转折部分的水头损失，得到了可以适用于非直线布置虹吸管排水能力的理论计算公式。
　　针对不同布置段数、弧线圆心角以及折线转折角进行讨论，选取10段、4段，弧线圆心角180°以及90°，折线转折角90°以及45°进行对比，得到三者对于虹吸管排水能力的影响比重。通过直线布置以及非直线布置虹吸管排水能力公式，可为实际工程设计，虹吸管的管径尺寸、布置数量选择提供指导。
　　以理论计算为基础，探讨重力流排水形成满管流所需要的临界液面高程，并进一步对比虹吸流排水与重力流排水两者排水能力的差别，验证虹吸管排水的高效性。对比计算过程中认为重力流排水无限接近满管流，且重力流排水管按照最利于排水的直线布置，分别与基本模型，10圆弧段180°圆心角弧线布置以及10转折端90°转折角折线布置虹吸管排水能力进行比较。以重力流排水与虹吸流排水的排水能力值比率作为量化比较依据，得出虹吸排水显著优于重力流排水，为两者的比较提供理论依据以及数据支持。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 我国泥石流灾害

1．2 泥石流防治技术研究现状

1．2．1 拦挡工程

1．2．2 水石分离防治

1．2．3 生物防治

1．2．4 泥石流防治机理研究

1．3 虹吸排水研究现状

1．4 本文研究内容及创新点

1．4．1 本文研究内容

1．4．2 本文创新点

2 泥石流虹吸分流排水方法

2．1 虹吸现象

2．2 虹吸发生条件及原理

2．3 泥石流虹吸分流排水技术

2．4 本章小结

3 虹吸管排水能力计算方法

3．1 虹吸排水管选择

3．2 虹吸管排水能力的理论公式

3．2．1 基本假设

3．2．2 虹吸管排水能力的理论计算公式推导

3．2．3 虹吸管排水能力的理论模型

3．3 结合实际管径计算

3．4 虹吸排水能力归纳分析

3．5 本章小结

4 非直线布置形式的虹吸排水能力

4．1 非直线布置形式研究意义

4．2 非直线布置虹吸管排水能力探究

4．3 非直线布置虹吸管排水能力的讨论

4．3．1 弧线布置虹吸管排水能力差异探究

4．3．2 折线布置虹吸管排水能力差异探究

4．4 本章小结

5 重力流与虹吸流的排水能力对比分析

5．1 重力流非满管流形成讨论

5．2 重力流管道流速理论计算

5．3 重力流排水能力探究

5．4 重力流排水能力与虹吸流排水能力对比

5．4．1 重力流与基本模型虹吸管排水能力对比

5．4．2 重力流与非直线布置虹吸流排水能力对比

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历