泥石流动力特征计算
3.3.2泥石流的力学特征
(1)容重
泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量化评分（N ）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为1.68t/m3。 (2)泥石流流速
泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。
流速VC 按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算:
5
.032
11c
C I R n
a V ???=
式中： a 1
——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()
5
.011
1+Φ
=
H a
γ；
R ——水力半径(m)，2.5m ； IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；
n 1
——清水河床糙率系数；
Φ——泥石流泥沙修正系数，
()
()c H c γγγγω--=
Φ；
c γ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3； w
γ——清水容重（t/m3），1.0t/m3；
H γ——泥石流中固体物质重度（t/m3）。
根据以上计算公式，泥石流的平均流速为8.28m/s 。
(3)泥石流流量
泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。
①雨洪法
假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量 (计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量：
()c
p c D Q Q ?Φ+=1
式中：
c
Q ——频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3/s ）；
p
Q ——频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3/s ）；
Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为0.71；
c γ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3； w
γ——清水的重度（t/m3），为1.0；
H γ ——泥石流中固体物质重度；
DC ——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为1.5。 表3-8 泥石流阵流堵塞系数DC 值表
按照雨洪法，利用泥石流流量公式计算所得的泥石流最大流量如下表（表3-9）所示：
表3-9 雨洪法计算最大流量
在泥石流沟道中选择2-3个测流断面，仔细查找泥石流过境后留下的痕迹，然后测量这些断面上的泥石流流面比降（若不能由泥痕确定，则用沟床比降代替）、泥位高度Hc （或水力半径）和泥石流过流断面面积等参数。用相应的泥石流流速计算公式，求出平均流速Vc 后，即用下式求泥石流断面峰值流量Qc ：
C C C
Q W V =?
式中： Qc ——泥石流断面峰值流量（m3/s ）；
Wc ——泥石流过流断面面积（m2），取流通区平均沟道宽8 m ，水力半径为2.5 m ，过流断面面积为20 m2；
Vc ——泥石流断面平均流速（m/s ），为8.28m/s 。
用上式计算的泥石流断面峰值流量Qc 为165.66 m3/s 。 (4)一次泥石流过程总量计算
一次泥石流总量Q 可通过计算法和实测法确定。实测法精度高，但因往往不具备测量条件，只是一个粗略的概算。计算法根据泥石流历时T （s ）和最大流量Qc （m3/s ），按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按下式计算Q （m3），泥石流历时T 取1200 s ： Q = 0.264TQc=KTQc
一次泥石流冲出的固体物质总量QH （m3）：
()
()
w H w c H Q Q γγγγ--=
根据该公式，在计算频率为20年一遇的情况下，某泥石流沟一次泥石流冲出的最大固体物质总量为41850m3；在计算频率为50年一遇的情况下，一次泥石流冲出的最大固体物质总量为50480m3。
(5)泥石流整体冲压力
泥石流冲击力是泥石流防治工程设计的重要参数。 采用规范推荐的泥石流体整体冲压力计算公式：
g
a V c c sin 2
*
**=γλδ
式中： δ——泥石流整体冲压力； c
γ——泥石流容重，1.68t/m3； c
V ——泥石流流速，8.28m/s ；
a ——建筑物受力面与泥石流冲击压力方向的夹角，取90o ；
G ——重力加速度；
λ——建筑物形状系数，圆形建筑物取1.0，矩形建筑物取1.33，方形建筑物取1.47。本次建筑物主要以矩形为主，λ取1.33。
通过该公式的计算，泥石流的整体冲压力约15.64×104Pa 。 (6)泥石流体中大石块的最大流速 按照规范，用以下经验公式计算： 5
.0max
d a V s *=
式中： Vs ——泥石流中大石块的移动速度（m/s ）；
α——全面考虑摩擦系数、泥石流容重、石块比重、石块形状系数、沟床比降等因素的参数。3.5≤α≤4.5，平均α=4.0；
dmax ——泥石流堆积物中最大石块粒径（m ），为2.5m 。 通过计算，泥石流大石块的最大速度为6.32m/s 。
(7)泥石流中石块冲击力
泥石流中石块冲击力的计算参照以下公式（吴积善，《泥石流及其综合治理》1993）：
γsin αd C P V = 式中： Pd ——为泥石流中石块的冲击力（Pa ）；
γ——动能折减系数，对于圆端正面撞击，采用γ=0.3； Vc ——泥石流平均流速（m/s ），为8.28m/s ； Q ——石块质量（kg ），按最大粒径2.5m 来算； α——受力面与泥石流冲击力方向的夹角，取90°；
C1、C2——巨石及拦挡圬工的弹性变形系数，C1+C2=0.005。 根据该公式，泥石流中石块的冲击力为14.35Kpa 。 (8)泥石流最大冲起高度与爬高
泥石流最大冲起高度H ?根据规范推荐公式为：
g V H c
22
=
?
由于泥石流在爬高过程中受到沟床阻力的影响其爬高H ?为：
g V g
bV H c
c 2
2
8.02*
≈=?
式中：b ——为迎面坡的函数。
通过计算，泥石流的最大冲起高度为3.5m ，爬高为2.8m 。 根据以上的计算，将泥石流各动力参数的计算结果汇总于表3-11。 表3-11 泥石流动力学参数计算结果
(3)、泥石流动力学参数计算
A 、流速计算：据勘查所得泥石流流体水力半径、纵坡、沟床糙率及重度等参数计算；也可按泥石流的性质和所在地域，选择适合的地区性经验公式计算。 泥石流流速是决定泥石流动力学性质的最重要参数之一。目前泥石流流速计算公式为半经验或经验公式，概括起来一般分为稀性泥石流流速计算公式、粘性泥石流计算公式和根据泥石流中大石块运动速度推算泥石流流速等三种办法。 a 、 稀性泥石流流速计算公式
VC =1/a ·n 1
R 32·IC 21
…………………………………(2—2—1) 式中： VC —— 泥石流断面平均流速（m ／s ）；
1/a =1 / (γH ·Φ＋1)1/2 -----泥石流中由含沙量变化而引起的流速修正系数， 查表2—3--1…
R —— 水力半径（m ），一般可用平均水深H （m ）代替； IC —— 泥石流水力坡度（‰），一般可用沟床纵坡代替。
n
1
—— 清水河床糙率系数，查当地水文手册或查铁路桥渡勘测设计规范（TBJ17--86）。 表2—2--1； 泥石流河道河床清水糙率表
b 、粘性泥石流流速计算公式
2
1
32
1c c c
c I H n V ??=
c
n ——粘性泥石流的河床糙率，用内插法由表2—2—2查得。
n
表2—2—2 粘性泥石流河床糙率c
c、泥石流中石块运动速度推算泥石流流速计算公式
在缺乏大量实验数据和实测数据阶情况下，为便于以堆积后的泥石流冲出物最大粒径大体推
求石块运动速度推算泥石流流速的经验公式：
Vs ＝k·√d max……………………………….…………..（2—2—2） 式中：
s
V
——泥石流中大石块的移动速度推算泥石流流速（m ／s ）； max
d ——泥石流堆积物中最大石块的粒径（m ）；
k ——全面考虑的摩擦系数（泥石流重度、石块密度、石块形状系数、沟床比降等因素）。变化范围3.5～5.5，
B 、 流量计算：泥石流流量可采用形态调查法（据泥痕勘测所得的过流断面面积乘以流速）或雨洪法（按暴雨洪水流量乘以泥石流修正系数）确定。暴雨小径流的地区性经验公式较多，暴雨洪水流量应采用适合当地的经验公式计算。 a 、 形态调查法
在泥石流沟道中选择2—3个有代表性的过流断面。查找泥石流过境后留下的痕迹，然后确定泥位。最后测量这些断面上的泥石流流面比降（若不能由痕迹确定，则用沟床比降代替）、泥位高度HC （或水力半径）和泥石流过流断面面积等参数。用相应的泥石流流速计算公式，求出断面平均流速VC 后，即可用下式求泥石流断面峰值流量QC 。
QC ＝WC ·VC …………………………………………………….（2—2—3）
式中：
WC ——泥石流过流断面面积（m2）； VC ——泥石流断面平均流速（m ／s ）。 雨洪法
假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，计算断面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前题下建立的计算方法。其计算步骤是先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量 (计算方法查阅水文手册)，然后选用泥石流重度和堵塞系数，按式I-2计算泥石流流量。
QC =（1十Φ）QP ·DC ……………………………………………..（2—2—4）
式中：
QC ——频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3／s ）； QP ——频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3／s ）； 根据各省水文手册中给出的计算公式计算，
或用下式 QB=0.278 r ×i ×F 计算
式中：r ——按小时平均雨强（毫米 / 小时）设计，用实测最大小时雨强校核
iB ——产水系数。植被具有保水功能，降雨后入渗少，产水系数与雨强的大小和植被的多少呈正变，与松散土层的厚度呈反变，一般产水系数i=0.3——0.8；泥百流地区多在0.6以下为宜。产沙系数则相反，它与植被的多少呈反变，与雨强的大小和松散土层的厚度呈正变，一般产沙系数is=0.3——0.8；
F ——流域面积（平方公里）
（1十Φ）——泥石流中由含沙量变化而引起的流量修正系数，查表2—3--1。
式中：Φ＝（γC -γW）/（γH –γc）…………………………………（2—2—5）
γC ——泥石流重度（t／m3）；
γW ——清水的重度（t／m3）；
γH ——泥石流中固体物质比重（t／m3）；
DC ——泥石流堵塞系数，可查经验表2—2—3；
表2—2—3 泥石流堵塞系数Dc值
一次泥石流过程总量计算
一次泥石流总量Q可通过计算法和实测法确定。实测法精度高，但因往往不具备测量条件，只是一个粗略的概算。计算法根据泥石流历时T（s）和最大流量Qc（m3/s），按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按式I.6计
Q = 0.264TQc= K TQc……………………………… （2—2—6）
式中K 值的变化随流域面积(F) 的大小而变化：
当 F < 5 (km2 )时：K = 0.202；
F = 5～10 (km2 )时：K = 0.113；
F = 10～100 (km2 )时：K = 0.0378；
F > 100 (km2 )时：K = 0.0.0252；
泥石流体中的固体物质流量QH（m3）：
QH＝Q（γC -γW）/（γH –γW）…………………………………(2—2—7)
C、冲击力计算：可用附录I中公式计算泥石流整体冲击力、泥石流中大石块冲击力。泥石流中大石块冲击力的计算方法较多，计算结果可信度较低。
a) 泥石流体整体冲击压力计算公式
F ＝( Υ·γc /g · Vc2 · sinα) ·λ………（2—2—8）
式中：
F——泥石流体整体冲击压力（Pa）；
g——重力加速度（m／s2），取g＝9.8m／s2；
α——建筑物受力面与泥石流冲击力方向的夹角（°）；
λ——建筑物形状系数：圆形建筑物λ＝1.0，矩形建筑物λ＝1.33，
方形建筑物：λ＝1.47。
D 、 弯道超高与冲高计算：泥石流流动在弯曲沟道外侧产生的超高值和泥石流正面遇阻的冲起高度。
a)、泥石流的弯道超高
由于泥石流流速快，惯性大，故在弯道凹岸处有比水流更加显著的弯道超高现象。 根据弯道泥面横比降动力平衡条件，推导出计算弯道超高的公式：
1
22
lg
3
.2R R g
V h c =?……………………………………….（2—2—9）
式中：
Δh —— 弯道超高（m ）； R2 —— 凹岸曲率半径（m ）； R1 —— 凸岸曲率半径（m ）；
b)、泥石流最大冲起高度
g V H c
22
=
? ……………………………………..…… （2—2—10）
c ）泥石流在爬高过程中由于受到沟床阻力的影响，其爬高ΔH ： g V g
bV H c
c 2
2
8
.02≈=
?……………………………………..（2—2—11）
（4）泥石流的形成区、流通区和堆积区测绘。 a ）工程治理区实测剖面至少按一纵三横控制； b ）重点区应有1-3个探槽或探坑（井）控制；
5)、对各类防治工程提供以下主要设计参数。
（1）各类拦挡坝: 覆盖层和基岩的重度、承载力标准值、抗剪强度，基面摩擦系数，泥石流的性质与类型，发生频次，泥石流体的重度和物质组成，泥石流体的流速、流量和设计暴雨洪水频率，泥石流回淤坡度和固体物质颗粒成分，沟床清水冲刷线。
（2）其它工程：桩林着重于其锚固段基岩深度、风化程度和力学性质；排导槽、渡槽着重于泥石流运动的最小坡度、冲击力、弯道超高和冲高；导流堤、护岸堤和防冲墩着重于基岩的埋藏深度和性质、泥石流冲击力和弯道超高、墙背摩擦角；停淤场着重于淤积总量、淤积总高度和分期淤积高度。
2泥石流流体重度(γc)的确定
泥石流流体重度(γc)的确定，目前测试手段还不能解决，因此暂时的替代办法有： 1)、根据数量化评分法确定重度：
根据数量化评分（N ）建立与重度(γc)的线性关系，制成备查表直接查找，参见表2—3--1
2)、现场仿制：可靠性很难保证。
现场请当地曾亲眼看见过该沟泥石流暴发的老居民多人次，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时的泥石流流体状态，进行样品仿制，然后分别测出样品的总质量和总体积，按下式求出泥石流流体重度。
γc
V G c
=……………………………………………………..（2—3--1）
式中：
γc ——泥石流流体重度，t ／m3；
c
G ——样品的总质量，t ；
V ——样品的总体积，m3。 3)、现场评估
在泥石流沟现场，请多人次当地亲自目睹过该沟泥石流暴发或受过灾害的村民，描述泥石流流体特征和流体运动状况。然后按表2—3--2的特征确定泥石流流体重度。 表2—3—2 泥石流流体稠度特征表
表2—3—1 数量化评分（N ）与重度、（1＋?）关系对照表 (γh=2.65/2.70)
3、泥沙级配取样分析1)、体积法
在需要试验的沟段，选择有代表性的试验点，，取样坑的边长取2～3倍最大粒径、深取1～2个最大粒径，清除表层杂质，取出其全部土、砂、石，从中挑出粒径大于200mm以上的石块单个分别称重，其余按粒径分别按200～150mm，150～100mm，100～50mm，50～20mm，20mm以下分成若干级，每级分组称重，计算分组粒径，并绘制颗粒级配曲线。按粒径与重量关系的理论公式：
D(cm)＝8.91 ·3√G(kg) (2—3—2)
求算泥砂粒径(也可以直接查表)，然后求得所需特征值。
2)、方格网法
在取样地段，选出代表性沟段画出100个1m×1m的小方格，取每个小方格交点上的一石块（剔除个别大孤石）来作统计。量取每个石块的三轴向尺寸（长、宽、高），计算三边尺
寸的几何均值
3Lbh
d
cp
=
或算术平均值
()
3
h
b
L
d
cp
+
+
=
，作为该石块的平均直径。然
后按粒径大小分成若干个粒径组，称出各粒径组的质量与总质量之比，绘制颗粒级配曲线，求算颗粒级配曲线并求得所需特征值。
取泥石流浆体，使用标准粘度计或旋转粘度计和泥浆静切力计测试。
1.形态调查法
形态调查法指根据沟床内以往发生过的泥石流痕迹，测量泥位高和过流断面面积，计算平均流速和流量，再根据其发生的日期，确定其经验频率，推算设计流量的方法。这种方法在无或少资料区经常采用，在有资料区也是作为相互效核验证的主要方法。其流量计算式和经验频率计算式如下:
Qc=Ucω
式中: Qc为调查断面的泥石流流量(米3/秒); Uc为通过查断面的泥石流平均流速
(米/秒);。ω为调查断面的过程面积(米2)。
P=ni/(n+1)*100% (这个式子在这里起什么作用？)
式中:P为本次泥石流出现的经验频率(%) ;n为调查期的总年数;ni为n年中按泥石流流量大小排列所得到的本次泥石流的序号。
在有比较清晰泥痕和比较好断面的情况下，这种方法的计算结果是最可靠的。
2.配方法
配方法是在清水流量中配上土体含量，使其成为泥石流流量的方法。但需假定土体是在水体产流和汇流过程中通过冲刷同步加入，泥石流的频率和洪水的频率一致，洪水全部变成泥石流。这种方法的计算步骤是，先按水文方法计算出断面的不同频率的小流域暴雨洪峰流量，再根据不同情况计算泥石流流量。
(1)不考虑泥石流土体的天然含水量，其计算公式如下:
QC = (1+φc)Qw
φc=（γc-wγ）（γs-γc）
式中:Qw为某一频率的暴雨洪峰设计流量(米3/秒)。Qc为Qw同频率的泥石流流量(米3/秒);φ为泥石流流量增加系数;rc为泥石流体容重(克/厘米3;吨/米3);Yw为清水容重(克/厘米3;吨/米3);Ys为土体实体容重(克/厘米3;吨/米3
(2)考虑泥石流土体的天然含水量，其计算公式为:
QC = (1+φcˊ)Qw
φcˊ=（γc-1）/[γs(1+Pw)- γc(1+γs Pw)]
式中: φcˊ为考虑泥石流土体的天然含水量的流量增加系数，Pw为泥石流土体的天然含水量(%):其它符号同前。
(3)考虑堵塞，其计算公式为:
QC = (1+φc)QwDw
QC = (1+φcˊ)QwDw
式中:D，为泥石流堵塞系数，其它符号同前。3，地区性经验公式
前人根据对某一地区泥石流流量观测资料的统计分析，建立了一些地区经验性公式，这些公式大多也是在配方法的基础上建立起来的，适合于该地区同类型泥石流沟的泥石流流量计算，也可作为类似地区的参考。
4.实测法
在经常暴发泥石流的沟谷，对泥石流流量进行实地观测，同时进行雨量观测，利用流量与降雨的关系，并以降雨的频率作为这次泥石流出现的频率进行统计分析，来求算设计泥石流流量。
但是，这些间接计算方法都不能算是可靠的，也不能推广到各种类型的泥石流和各个泥石流形成流域中，因此，在选用这些公式时，应当考虑不同地区、不同类型、不同性质的泥石流特点，其计算结果与现场调查和历史资料进行比较，然后确定应选用的数据。
泥石流及其综合治理
1. 流量
泥石流峰值流量是泥石流重要的特征值之一．它不仅反映了泥石流的强度、规程和流体的性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸．因此，泥石流峰值流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数，故引起国内外泥石流专家所关注．本世纪50年代我国大量采用苏联学者的计算方法以适应公路和铁路建设的迫切需要．当时一般采用配方法和形态调查法进行峰值流量的估算．但这些方法之间误差很大，通过修改参比改进了一些，但其计算结果偏差仍顾大．
确定泥石流最大流量Qc 最可靠的方法是直接测量自然界里奔流着的泥石流或泥石流遗留的痕迹．可是这样确定泥石流最大流量时，首先，要确定泥石流最高泥位时的断面面积和相应的平均流速．断面与流速的测定又受泥石流频率的影响，要取得其参数比较困难．
配方法：
此法根据泥石流体中水和固体物质的比例，用在一定设计标准下可能出现的洪水流量加上按比例所需的团体物质体积配合而成的泥石流流量．此法的基木表达式为：
Qc=Qb（1+φ） (1)
Qc为泥石流流量
Qb为清水设计流量
φ为泥石流修正系数，φ=（γC-γB）/（γH-γC）
γC为泥石流容重
γB为水的容重
γH泥石流中泥沙比重
配方法是目前泥石流流量计算的基本方法．采用配方法进行泥石流流量计算，对于稀性泥石流来说，与实际结果差别不大，对于粘性泥石流来说，特别是塑性泥石流，推求值远小于实测值．因此国内外许多学者都在配方法的基础上，再乘上一个系数，来表示某种原因而引起的站性泥石流流量的增值．
(1)考虑补给沙石体含水量的配方法，
Qc＝Qb (1十P) (2)
式中，P为考虑补给固体物质含水量的泥石流流量修正系致
P=(1-C VB)/[ C VB -ε(1- C VB)]
C VB=（γH-γC）/（γH-1）
ε为泥石流补给区中固体物质的体积比原始水量或天然含水量，可以实测也可以采用当地水文气象站资料。
该法是假定在给定的设计容重下，水在形成泥石流的过程中起决定性的作用．因此，其缺点未能考虑到固体物质的补给规律以及泥石流形成过程中水和固体物质遭遇的情况，所以计算结果偏小．但此法比式(1)要精确，因为式(2)不仅考虑了固体的补给量，而旦还考虑了补给沙石体中的水的含量．
(2）考虑堵塞条件下的配力法
泥石流在通过卡口、急弯、纵坡突然变缓的情况下的沟段，常常发生泥石流停积堵塞、加积增大而又开始流动，成为泥石流流量增大的重要原因．一殷表达式为：
Qc=Q B（1+φ）q
式中，q为泥石流堵塞系数(其值为l一3.0），其中微弱堵塞1—1.4，一殷堵塞1．5一1．9，较严重堵塞2．0一2．5，严重堵塞2．6—3.0）．据云南东川大白泥沟1960—1952年观测资料的分析，求得帖性泥石流的堵塞修正系数q与堵塞时间t的经验关系
q＝O．87t0.24
式中，t为堵塞时间，即阵性泥石流之间的断流时间．
根据上述资队求得泥石流堵塞系数q与产生泥石流流量Qc的经验关系为：q＝5．8／Qc0.21 适用于粘性阵流．
关于泥石流堵塞现象的成因很多．它与泥石流浆体的性质、组成、规模和固体物质来源的方式及数量等因素有关．由于泥石流堵塞后又溃决，使泥石流流量值增大，其变化的大小随泥石流堵塞的时间长短而定，其堵塞程度随泥石流流量大小而变．
泥石流流量与堵塞系数之间的关系反映了泥石流流体堵塞加积，最后溃决的基本规律：即泥石流流量小、堵塞加积大时．才可能达到溃决的流量，流量大、堵塞加积小时，即堵塞系数小，泥石流体溃决便开始运动，当流量达到某种程度时，不需要加积增大，就可能在河床中顺畅通过．
2．形态调查法(又称泥鹰调查法)
从形态调查求算泥石流峰值流里的方法，系按照泥石流在河槽岸边上遗留的最高痕迹，测该处河床横断面积，乘上选用适合的泥石流流速公式计算的相应的流速值．其表达式如下：
Qc＝Wc*Vc
式中，Wc为泥石流过流断面面积：Vc为泥石流流速．
泥石流形态调查法与洪水调查相同．泥石流过流断面最好选择在冲淤变化不大的顺直河段．一般说来，泥石流河段冲淤变化很大，计算过流断面时，必须考虑冲淤的影M向，否则误差偏大．泥石流流速计算方法的选择见下节．
3.综合成因法
综合成因法，是70年代中期苏联和中国首先提出的一种泥石流峰值流量计算法．本法的优点，是从成因上综合分斩暴雨泥石流的各要素，采用泥石流综合系数或累积系数以修正雨洪清水流量，比较符合实际或接近所发生的泥石流最大峰值流量．
C．M．弗莱施曼的综合成因法(1973年)系分析了当时采用泥石流流量计算法发现其结果部小于实测值．例如，当泥石流的容重γc为1．5t／m3，阻塞系数取最高值q＝5时，据式(6—6)求出的泥石流流量Qc大于清水设计流里QB约7倍，而实际的峰值流量远大于上述数值(表6—1)．
根据1966年蒋家沟泥石流的观测值同形成泥石流的清水计算流量的比值，也部在12—33之间，比按堵塞严重情况下的泥石流峰值流量计算结果(95)都要大得多(表6—2)．
所以，弗莱施曼根据大量的调查资料和分析，提出一个综合系数。来表示泥石流最大流量形成的综合指标并列于表6—3．
表6—3表示nk值范围，或者说是泥石流流量综合成因系数的规范数值．泥石流最大流量Qcmax由综合系数nk乘上最大清水流量QBmax求得：
9‘m。x＝”49；m．x (6。10)
这个方法仍不够准确，而只是近似的．但和以往计算法相比，它更简便可靠．因为
弗氏考虑了影响泥石流最大流量形成的基本因素，提出了正确计算泥石流流量与清水泥
量的比值(表6—3)，避免了现行公式计算峰值流量大大偏小于实际观测和调查值的情况．
稀性泥石流流速的研究和计篡方法
我国稀性泥石流的研究和计算方法一直采用国外引进的或改进的公式．现有稀性泥石流流速计算公式不少，大多是以水力学中的流速公式形式表示，据水流与泥石流的能量转化关系的不同而推导出来的．公式形式有如下三种．
(1)M.φ.斯里勃内依(1940年)式
Vc=6.5H2/3I1/4/a
a=（ΦγH）0.5+1
2)铁道部第一设计院根据我国西北情况建立的经验公式
Vc=15.3H2/3I3/8/a
3)铁道部第三设计院根据铁道部第一设计院的资料而建立的经验公式
Vc=15.5H2/3I1/2/a
Vc为泥石流平均流速(m/s) ，γH为泥石流固体物质比重(t／m3)，一般取值2．65—2．7t／m3,φ为泥石流修正系数,φ＝(γc—1)／(γH-γc)；γc为泥石流流体容重(t／m3）；R及为泥石流的水力半径，有时用平均水深代替(H)；I为水
面比降，一般用河床纵比降替代；mc为泥石流糙率，可查Π.Β.巴克诺夫斯基糙率表；
容重
1．直接取样法
在泥石流发生时，直接取得多个泥石流体样品，取样品中最大容重值作为泥石流设计容重．此方法仅适用于泥石流暴发频率很高的泥石流沟．4．角砾含量计算法
云南盈江浑水沟泥石流观测试验站，通过劝泥石流孔隙度的研究，提出下列供野外调查粘性泥石流容重的粗略估算式，
γc=1.48+0.01x
式中，x为角砾(2mm＜d＜40mm)占固体物(d max＜40mm)的百分含量，小数计．5．残留层厚度计算法
甘肃武都地区，根据大量调查资料，获得粘性泥石流容重与其残留层的厚度及相应沟段坡度的关系，用下式计算粘性泥石流的容重：
γc=3.37（△h*i c）0.143
式小，△h为堆积扇上的残留层厚度，m；i c为相应段的坡度．
泥石流计算方法
干线公路灾害防治试点工程 技术指南 （试行） 中华人民共和国交通部 二○○六年八月
目录 1 总则2 2 灾害调查和评估2 2.1泥石流和水毁 4 2.2路基病害7 3 防治工程设计9 3.1水毁防治工程10 3.2泥石流防治工程 (14) 3.3路基病害防治工程 (15) 4施工17 5 工程验收19 6 效果评估和总结20附录泥石流相关计算方法21 1 总则
1.1 为提高公路抗灾能力，指导干线公路灾害防治工程试点工作的实施，特制定本技术指南。 1.2 公路灾害防治工程是通过增设和完善公路的灾害防护设施为重点，对公路边坡、路基、桥梁构造物和排（防）水设施进行综合整治，以提高公路抗灾能力的专项工程。 1.3 公路灾害防治试点工程的实施应按照“安全、耐久、节约、和谐”的原则，贯彻“预防为主、防治结合、因地制宜、综合治理”的方针，对公路灾害防治工程采取综合措施进行整治。 鼓励技术创新和采用经过论证的新技术、新材料和新工艺。 1.4 通过实施公路灾害防治试点工程，提高试点路段的抗灾能力、通行能力和行车安全水平，探索总结适合我国国情的公路灾害防治工程技术措施和组织实施方法，为全面实施积累经验。 1.5 本指南适用于干线公路灾害防治试点工程的实施。 1.6 干线公路灾害防治试点工程的实施，除应符合本指南外，还应符合国家有关标准的规定。 2 灾害调查和评估
2.1 泥石流和水毁 2.1.1水毁调查与评估，必须进行水毁形成条件调查，通过现场勘察认识所在河段的类型及河床变形、地质构造等特点，再结合灾害工程特点，研究水毁的原因。水毁和泥石流都具有冲击、侵蚀、携带、淤积等破坏能力，但形成机理和流体性质完全不同。 2.1.2洪水与暴雨时空关系密切，以重复发生、夜间多发为特征。其危害的方式包括冲刷、侵蚀、冲击、淤积、淹没、漫流改道为主，具有突发、集中、历程短、成灾快的特点。调查评估的重点是洪水发生的时间、历程、流量、频率等。 2.1.3洪水调查的内容和方法见表2.1.3。 表2.1.3 洪水调查的内容和方法 2.1.4洪水流量计算根据实地条件采用比降法、急滩法或卡口法。河道顺直、沟床稳定、纵坡和糙率一致的河段，可采用满宁公式计算；由稳定流变为急流的沟床纵坡变化的河段，可采用急滩法计算；河道变窄的峡谷河段，可采用卡口法计算。 2.1.5设防洪峰流量计算，有可靠暴雨和水文资料情况下，根据统计分析确定；没有可靠资料情况下，可利用邻近地区资料移植分析计算。在山区条件下，推算小概率洪水的可靠性较差。对于频繁发生洪水灾害的重灾区，可能的最大洪水推荐采用暴雨放大、移植或叠加的方法预测最大洪水。 2.1.6泥石流暴发突然，速度快，历时短，破坏力大，能将大量固体物质冲出山外，对路基、桥涵、隧道及其附属构造物堵塞、淤理、冲刷、撞出，造成直接破坏；也可淤塞河道，迫使
悬索桥计算
*第八节悬索 悬索有许多工程应用，常见的有高压输电线、架空索道、悬索桥等。悬索结构两端固定，它和梁的主要区别在于悬索不能抵抗弯曲，只能承受拉力。在初步的力学计算中，假设悬索具有充分的柔软性，故称为柔索。本节讨论的悬索均为柔索。对于已经处于平衡状态的悬索，根据刚化原理可知，作用在悬索上的力应该满足刚体的平衡条件。同时需要注意的是，绳索不是刚体，平衡方程表示绳索平衡的必要条件但非充分条件。 工程实际中经常碰到的问题是：在给定载荷作用下，求悬索的形状、索内拉力和绳索长度，以及它们与跨度、垂度、载荷之间的关系，以作为设计、校核悬索的根据。 悬索在工作中受到的载荷可以分为两类：（1）集中载荷；（2）分布载荷。其中分布载荷中最常见的是水平均布载荷、沿索均布载荷。当不计钢索自重时，旅游胜地高空缆车的索道受到车厢集中力（即重力）的作用（图8-39a）；装有吊篮的架空索道，同样受吊篮的集中力（即重力）的作用。这些都是悬索受集中载荷作用的例子。悬索直拉桥主索上承受的载荷可看成是水平均布载荷（图8-39b)。高空输电线（图8-39c)和舰船的锚链上承受的载荷可看成是沿索均布载荷。 (a) (b) (c) 图8-39 当悬索两支座A和B高度相同时，两个支承点之间的水平距离称为跨度；在载荷作用下，悬索上每一点下垂的距离称为垂度，由悬挂点到最低点的垂直距离称为悬索的垂度。在悬索计算中，跨度和索上最低点的垂度通常是已知的。 一、集中载荷 设绳索（柔索）连接在两个固定点A和B并有n个垂直集中载荷P1、P2、…、P n，如图8—39(a)所示，绳索的重力与绳索承受的载荷相比可以忽略。因此当绳索系统处于平衡状态时，相邻载荷之间的绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均被拉紧成直线段，即在集中载荷作用下，绳索成折线状。故绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均可以当作二力杆，绳索中任
泥石流流量计算书
第二节 泥石流流量计算 1）频率为P 的暴雨洪水流量计算（P Q ） 泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关，而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算，其公式为： P Q =0.278KiF （2-1） 式中：P Q —清水洪峰流量（m 3/s ） F —流域面积（km 2）； i —1h 面雨量（mm ）； K —汇流系数，查青海省水文图集，取为0.8。 2）频率为P 的泥石流峰值流量计算（C Q ） 按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下，首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量，然后选用堵塞系数，按下列公式进行泥石流流量 C Q 计算。 C P C C D Q Q ?+=)1(φ （2-2） 式中： C Q —频率为P 的泥石流峰值流量（m 3/s ） ； P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量（m 3/s ）； C φ—泥石流泥沙修正系数， )/()(C H S C C γγγγφ--=； C γ—泥石流容重（t/ m 3）； S γ—清水的比重（t/ m 3），取值为1.0； H γ—泥石流中固体物质比重（t/ m 3），取值为2.65； C D —泥石流堵塞系数，取1.1。 利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-3。 表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表 沟名及编号 设计 频率 K i (mm) F （km 2） Qp (m 3/s) Dc C φ Qc (m 3/s) 热藏龙哇沟 2% 0.8 20.3 1.6 7.22 1.1 0.511 12.00
大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究
第40卷第9期建 筑 结 构2010年9月 大跨极窄人行悬索桥动力特性及风振响应研究 熊耀清, 何云明, 吴小宾 (中国建筑西南设计研究院有限公司,成都610081) [摘要] 以一个跨度199m 、宽跨比仅1P 132,且地处峡谷的钢结构柔性悬索桥为工程背景,采用ANSYS 有限元软件进行了大跨极窄人行悬索桥动力特性及非线性风振响应研究。结果表明,该类桥的基本周期较通常的大型公路悬索桥明显偏短,采用抗风缆的抗风措施能够改变结构振型的排列顺序和改善结构抗风性能;采用基于线性滤波法的自回归(AR)模型应用MATLAB 模拟了考虑桥址风特性的水平及竖向脉动风时程,结果表明满足分析与设计需求;比较了水平及水平和竖向风工况下有无抗风措施时悬索桥的非线性风振响应,结果表明结构抗风性能满足安全要求。 [关键词] 大跨极窄悬索桥;动力特性;桥址风特性;非线性风振;抗风措施 Research on dynamic characteristics and wind vibration response of a pedestrian large -span and slender suspension bridge Xiong Yaoqing,He Yunming,Wu Xiaobin (Chi na South west Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd.,Chengdu 610081,China) Abstract :Based on a steel truss flexible suspension bridge in mountainous area,which has the main span of 199m and the wide -span ratio of 1P 132,the dynamic characteristics and nonlinear wind vibration response of the pedestrian large -span and slender suspension bridge were analyzed by ANSYS.The resul ts indicate that the basic period of the bridge is shorter than that of general large high way suspension bridge obviously,and the wind fortification measures can change dynamic characteristic of the suspension brid ge and can increase its wind resistance performance.Considering the wind characteri stics of the bridge si te,the wind load history was simulated with AR model by MATLAB https://www.360docs.net/doc/d48557739.html,pared the nonlinear wind vibration response with and wi thou t forti fication measures under horizontal and horizontal &vertical wind load,i t shows that the wind resistance performance of the brid ge is qualified when i t comes to safety requirement. Keywords :large -span and slender suspension bridge;dynamic characteristic;wind characteristics of the bridge site;nonlinear wind vibration;wind fortification measures 作者简介:熊耀清,博士,高级工程师,Emai l:xyq729730@https://www.360docs.net/doc/d48557739.html, 。 0 引言 大跨度、窄桥面悬索桥造价低廉、施工方便,在我 国西部山区应用较多。因其上部结构刚度较小,对风敏感,且多建于风场复杂的峡谷、山口等特殊地形山区[1],导致结构所承受的风荷载不同于常规结构,从而对抗风设计提出了更高的要求。而现有的大跨悬索桥的风振响应分析都是基于大型公路桥梁[2,3],现行桥梁设计规范对于大跨极窄的人行悬索桥没有相关规定。为给该类悬索桥的抗风设计及施工提供基本数据,以某景区的人行悬索桥为工程背景,研究了其结构自身的动力特性及桥址处山区风特性,进行了详细的风荷载静力及非线性风振响应分析,并比较了采用加抗 风缆、栏杆、中央扣等抗风措施后悬索桥的抗风性能。1 工程概况 某悬索桥地处低山丘陵地带,山体呈V 形走廊,海拔高度650~700m,桥体横跨东、西两岸,桥面相对谷底的垂直高度约为100m 。该桥主要用于连接两岸,桥型 布置如图1所示。采用单跨钢结构柔性悬索桥形式,跨度199m,主缆间距115m,矢跨比1P 1312,宽跨比达1P 132,吊杆间距310m 。主缆为悬索桥主要承重结构,两端固定于锚碇,两岸桥塔为主缆提供中间支承(在塔顶设置主索鞍)。加劲梁及桥面系通过吊杆悬挂于主缆上,并在主塔处设置支座,提供支承,抗风缆通过抗风拉索与桥面横梁相连,并组成一个与铅垂面呈30b 夹角的平面。主缆采用2根7<38的平行钢丝束索,抗拉强度1770MPa;吊杆采用圆钢<40;抗风缆采用2根<44的钢丝束索,抗拉强度1770MPa 。桥面系包括加劲梁、桥面铺装、栏杆等,加劲梁为梁格体系,由纵、横梁及风联钢构(即桥面水平撑)焊接而成,纵、横梁分别采用工 字钢I14,I20,材质为Q345;桥面铺装为宽300mm 、厚80mm 松木板条,间缝10mm,木板采用锚栓与桥面纵梁连接,栏杆采用<50钢管,间距115m;桥塔为钢筋混凝 148
泥石流计算书1
1.泥石流水文参数计算 1.1 计算断面的确定 泥石流计算断面的选择主要为流域内典型断面。 1.2 计算公式和参数 主要计算公式及参数取自《四川省水文手册》、《泥石流灾害防治工程设计规范》（DZ/T0239－2004）以及《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）。根据泥石流防治工程的需要，对泥石流流体重度、流速、流量、一次冲出量、一次固体冲出物质总量、泥石流整体冲压力、爬高、最大冲起高度、弯道超高等进行计算和校核。 1.3 主要参数校核 1.3.1 短历时暴雨公式 当t＜1小时 H tp=S p·t1-n1P n1p=a1+b1·lgp 当t=1-24小时 H tp=S p·t1-n2p n2p=a2+b2·lgp S p=H24p·24n2p-1 1.3.2 长历时暴雨公式 当T=1-7日 H Tp=H24p·T mp m p=a+b·lgp 式中：H tp——短历时t小时的设计暴雨量（mm）； H Tp——长历时t日的设计暴雨量（mm）； H24p——年最大24小时的设计暴雨量（mm）； n1p、a1、b1——短历时（t＜小时）设计暴雨的公式指数及其参数；
n2p、a2、b2——短历时（t=1-24小时）设计暴雨公式指数及其参数； m p、a、b——长历时（t=1-7日）设计暴雨的公式指数及其参数，据四川省水文手册附图2-9、2-10查得a=0.45, b=0.01； p——设计频率（%）； S p——设计暴雨雨力（mm/小时）； 计算结果见下表： 单位：mm 表1-1各种历时设计暴雨量 1.3.3 洪水 ①洪峰流量计算 由于棉簇沟泥石流无洪水实测资料，只能用间接法求得洪峰流量，根据暴雨资料，用推理公式计算最大流量，计算成果汇总见表
悬索桥的计算方法及其历程1
悬索桥的计算方法及其发展 悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主 要结构型式之一。悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚 碇等构成。从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系，在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。悬索 桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。 考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限 位移理论。挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比 较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步 设计阶段的结构设计计算。有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几 何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接 用于设计计算有诸多不便和困难。 悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。这种理论 主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内 其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。悬索 桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论。 最初的悬索桥分析理论是弹性理论。弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载 而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态。弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径 小于200米的悬索桥设计中应用[1]。但弹性理论假定缆索形状在加 载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入 变形影响的悬索桥挠度理论。
古典的挠度理论称为“膜理论”。它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。 悬索桥的挠度理论也是一种非线性的分析方法，至今仍不失为分析悬索桥的较简单实用的手段。但挠度理论在基本假设中忽略了吊杆的变位影响及加劲梁的剪切变形影响等，使分析结果的精度受到限制。随着计算方法、计算手段的发展，悬索桥的计算理论也发展到将悬索桥作为大位移构架来分析的有限位移理论。有限位移理论将整个悬索桥包括缆索、吊杆、索塔、加劲梁全部考虑在内，分析时可以将各种二次影响包括进去，从而使悬索桥的分析精度达到新的水平。 有限位移理论是20世纪60年代提出的计算理论。它是一种精确的理论，不需挠度理论所作的那些假定。其计算值一般要小于挠度理论[3]。根据参考文献，主跨为380m时，用有限位移理论计算的内力、挠度值，比挠度理论小10﹪；主跨768m时，在半跨加均
环境影响评价案例分析模拟18
[模拟] 环境影响评价案例分析模拟18 案例选择题各备选选项中，至少有一个符合题意 一、某核电站建设项目，占地面积300hm2，发电可以供给周边两省居民生活和生产用电。项目前期调研工作确定厂址备选3处，均地处稍微偏远地区，当地人口稀少，植被覆盖率较高，同时核电资源相对较丰富。 核电站工程初期有部分居民需要搬迁，工程负责单位积极给予搬迁协助和移民安置补偿。由于工程选址的特殊地理条件和位置，可能会出现如地震、山洪等自然灾害，同时周边生态环境原本较好，核电站建成可能对当地野生动植物有一定的影响。 [问题] 第1题： 下列属于选址原则的是( )。 A.充分考虑与厂址有关的现象和特征 B.分析厂址区域的人口特征和在核设施整个预计寿命期内执行应急计划的能力 C.确定与厂址有关的危害 D.提高工程安全系数有利于降低选址成本 参考答案：ABC 第2题： 下列叙述正确的是( )。 A.范围不包括与核设施运行状态和事故工况有关的厂址与核设施之间相互影响的因素 B.核设施选址过程通常从大区域调查开始，选择出几个候选厂址，然后鉴别出优先候选厂址作为推荐厂址 C.厂址评价详细程度将随核设施类型而变化 D.核设施厂址调查覆盖厂址评价的全过程，包括厂址查勘(厂址选择)、厂址评定、设施运行前和运行阶段 参考答案：ABCD 第3题： 选址过程中需要重点考虑的因素是( )。 A.在特定厂址所在区域内所发生外部事件(包括外部自然事件和人为事件)的影响 B.与实施应急措施的可能性及个人和群体风险评价必要性有关的外围地带
的人口密度、人口分布及其他特征 C.可能影响释放出的放射性物质向人体和环境转移的厂址特征及其环境特征 D.附近居民的生活用电、生产用电状况 参考答案：BC 第4题： 考虑核设施对区域潜在影响时候需要考虑的因素是( )。 A.对现有的放射性物质释放做出适当的评估 B.关注生物圈在放射性核素累积和传播中的作用 C.确保放射性释放对公众和环境的放射性风险降低到可接受的程度 D.核设施的设计必须能够补偿核设施对区域所造成的任何不可接受的影响参考答案：BCD 第5题： 在外部事件评价时关于地震叙述正确的是( )。 A.必须评价厂址所在区域内的地震和地质奈件 B.必须收集厂址所在区域内史前、历史和仪器记录的地震资料，并形成文件 C.必须使用尽最大可能收集的资料进行区域地震构造评价 D.必须考虑厂址所在区域地震构造特征和特定的厂址条件 参考答案：ABCD 第6题： 对于气象事件评价需要从以下方面考虑( )。 A.气象现象的极值 B.闪电、龙卷风等稀有气象现象 C.热带气旋 D.洪水、泥石流等自然恶劣条件 参考答案：ABC 第7题： 对于抵抗洪水影响叙述正确的是( )。
桥梁动力分析
模拟环境对塔玛悬索桥动力特性的影响 摘要 为了达到结构健康监测的目的，结构在环境因素的影响下，去理解、模拟和补充环境变化对结构动力特性的影响是极其重要的。本文中，已经研究了从英国塔玛悬索桥中测得的加速度值，这些加速度值是用数据激励随机子空间系统识别方法处理的，并且用温度和风载对结构自振频率的影响进行了环境变量的模拟。本文应用了两种方法：1）基于有效识别环境效应所致的线性变化规律的主因子分析法(PCA) ；2）元模型法,这是一种通过多项式函数的组合变化来确定系统输入输出关系的纯数学方法。研究发现在所有环境因素中温度是影响桥梁自振频率最关键的因素。 引言 环境因素对土木结构自振频率的影响是导致结构健康监测技术只能应用于实验室而不能在实际工程结构中得到应用的主要原因。在实验室发展起来的损伤检测技术往往无法在具有实验室相同条件的现场发挥作用；作为衡量破坏敏感性的特征参数也通常对工作环境引起的结构动力反应变化很敏感，而这种情况在实验室是不会出现的。这一方面的研究在过去的几年中得到了很大的关注，处理这个问题的方法在Sohn的关于工作环境对结构健康监测的影响一文中有很好的阐述。 本文研究了环境因素对塔玛悬索桥自振频率的影响，尤其是温度和风速的影响。以前主要集中在温度变化对桥梁模态频率相关性的研究上，事实上，温度被认为是环境因素中对模态特性影响最主要的因素。进一步的研究已经转移到了风载对大跨度桥梁的影响。尤其是发现了日本的白鸟（Hakucho）悬索桥的自振频率随着风速的增加而降低，在此过程中没有考虑温度的影响。在文献[6]中对大跨悬索桥的重型车辆荷载的影响进行了研究,发现车辆荷载对大跨度桥梁的自振频率影响很小或者没有。 在本项研究中诸如交通荷载和湿度等环境因素被忽略，认为本论文所讨论的桥梁不会受到交通荷载的影响，由于桥址的原因，也认为湿度不作为考虑的因素。这篇文章的目的主要是确定促使所观察到的引起桥面日常自由振动的主要因素。 塔玛悬索桥 塔玛大桥（如图1）是一座跨度为643m的大跨度悬索桥，它跨越塔玛河，将康沃尔郡（Wornwall）的索尔塔什（Saltash）市与德文郡（Devon）的普利茅斯（Plymouth）连接在一起。自1961年建成后它成为两个地区的一个至关重要的交通纽带。这座桥具有对称几何形状的常规设计，主跨为335m，两个边跨为114m。钢筋混凝土主塔高达73m,采用沉井基础并直达岩面。主缆直径为350mm，每根主缆由31根钢丝捻成，并设置间距为9.1m的垂直钢索。加劲桁架为5.5米厚，由焊接的空腹箱梁组成。在2001年，按照欧盟指示对这座桥进行了加强和扩宽。尤其是采用了18根直径为100mm的预应力钢索对原来的悬索体系进行了补强，原来复合型的主桥面板被一个三车道的正交各向异性钢板代替，在桁架的每侧加上了单车道悬臂梁。 现在对塔玛悬索桥布置了几种监测系统。2007年菲尔德大学（the University of Sheffield）的振动工程科开始监测桥面板和缆索的动力响应。这个监测系统包括8个缆索
泥石流动力特征计算 (1)
泥石流的力学特征 (1)容重 泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量化评分（N ）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为m3。 (2)泥石流流速 泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。 流速VC 按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算: 式中： a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()5 .0111+Φ=H a γ； R ——水力半径(m)，2.5m ； IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；
n ——清水河床糙率系数； Φ——泥石流泥沙修正系数， ()()c H c γγγγω--= Φ； c γ——泥石流容重（t/m3） ，为m3； w γ——清水容重（t/m3） ，m3； H γ——泥石流中固体物质重度（t/m3）。 根据以上计算公式，泥石流的平均流速为s 。 (3)泥石流流量 泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。 ①雨洪法 假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量 (计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量： 式中： c Q ——频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3/s ）； p Q ——频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3/s ）； Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为； c γ——泥石流容重（t/m3），为m3；
悬索桥迈达斯操作经验
在学**阶段的各种设计练**及实际工作中，可能会经常遇到悬索桥的设计计算。本文结合笔者自身体验，叙述Midas/Civil计算悬索桥的基本步骤及使用中的心得技巧和注意事项。注：本文以Midas/Civil 2012为参照版本。 Midas/Civil计算悬索桥中的关键问题在于初始成桥线性的确定，这是由于悬索桥为大变形二阶柔性结构决定的。其分析过程及每步中的要点如下： 1.建立新文件，为了便于区分和查找，建议命名时加入文件创建日期及文件主要特征等信息； 2.按照初步设计，定义主缆、桥塔、横梁、加劲梁、横隔板等部件的材料及截面特性值； 3.在结构-悬索桥按钮点出“悬索桥建模助手”，在其中输入相关信息，利用建模助手功能生 成初步模型以便后续修改。在此需指出，利用悬索桥建模助手可以确定索单元大致的初始内力，利于后面的精细分析。实际上也完全可以自行建立悬索桥的全部梁、索单元，再进行非线性分析控制和迭代，但该步骤比较繁琐，因此一般推荐采用悬索桥建模助手生成初步模型； 在建模助手中有几个要点和技巧： 1）建模助手采用的默认对象是双塔三跨悬索桥。当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，可以在边跨长度框内输入一个很小的数值（如1e-6），一般在Midas/Civil中，距离小于1e-5的节点将被合并，从而达到实际只建立了中跨的效果； 2）桥面系宽度，在桥塔竖直、索面竖直时指的是桥塔间距，也即主缆间距、吊杆吊点间距，在索面倾斜或桥塔倾斜时，一般理解为吊杆在加劲梁上的吊点间距更加方便； 3）桥面系单位重量，此处输入的单位重量必须等于加劲梁的自重加上二期恒载等以梁单元均布荷载形式施加给加劲梁单元的梁单元荷载的和，否则后面难以计算收敛。另外，当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，应勾选此处“详细”对话框，并在对话框中分别设置边、中跨桥面系荷载集度，为了便于收敛，可以将实际不存在的边跨设置一个非常小的集度，如1e-6； 4）其余各项按照对话框要求及初步设计填写即可，点击“实际形状”，会给出初步计算的主缆横向内力，该值应该记下，以便在后面悬索桥分析控制中使用； 5）填写完成后建议命名并保存该wzd文件，以便后面再修改或重复利用。 4.建模助手填写完毕后，点击“确定”，即开始进行第一轮悬索桥生成时的初步非线性分析 计算，根据悬索桥复杂程度不等，通常该过程会持续数秒到数十秒，此时宜耐心等待。该过程运行结束后，程序会自动生成几何刚度初始荷载，并自动生成“自重”荷载工况； 5.悬索桥建模助手生成的是程序默认形式的地锚式竖直索面悬索桥，此时我们需根据实际桥 梁情况进行修改：比如自锚式悬索桥、空间主缆悬索桥、单塔悬索桥等，修改的内容包括节
尾矿库溃坝泥石流计算
4.5 泥石流分析预测 根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）附录D的经验公式来预测泥石流堆积区的最大危险范围： 一、基础数据 1、流域最大高差H=15m； 2、主沟长度D=0.125m； 3、松散固体物（地表以上的尾渣）储量W=29.3×104m3； 4、流域面积A=2.928km2； 确定的泥石流特征值如下： 二、预测计算 1、泥石流堆积幅角R=47.8296-1.3085D+8.8876H =47.8296-1.3085×0.125+8.8876×15=181(度)； 2、泥石流最大堆积宽度B=0.5452+0.0034D+0.000031W =0.5452+0.0034×0.125+0.000031×29.3 =0.5465km； 3、泥石流最大堆积长度L=0.8061+0.0015A+0.000033W =0.8061+0.0015×2.928+0.000033×29.3 =0.8115km； 4、泥石流堆积区的最大危险范围: S=0.6667L·B-0.0833B2·sinR/(1-cosR) =0.6667×0.8115×0.5465-0.0833×0.54652×sin181/(1-cos181) =0.2957-0.0249×(-0.0175/[1-(-0.9998)] =0.2957+0.0000218=0.2959km2。
原计算方法： 1、泥石流流体重度γc 根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》表F.1，稀粥状泥石流流体重度γc=1.65t/m3，属粘性泥石流。 2、泥石流流速V c 粘性泥石流流速计算通用公式:V c=（1/n c）H c2/3I c1/2 式中：n c—泥石流沟床粗糙率，取n c=0.06； I c—泥石流水力坡降（沟床坡降），取I c=5%。 H c—计算断面平均泥石流深（m）。从图上测算H c=1.45m γc—泥石流容重（t/m3），取γc=1.65t/m3； 计算流速V c=（1/0.06）×1.652/3×0.051/2=5.2m/s。 3、泥石流洪峰流量Q c 采用形态调查法Q c=W c×V c 式中：W c—泥石流过流断面（m2），从图上测算W c=10m2； 则Q c=10×5.2=52m3/s。 4、一次泥石流过程总量Q 一次泥石流过程总量与洪峰流量、历时因素有关：Q=K·Q c·T 泥石流历时一般地T=600～1800s，取T=600s； K值的变化随流域面积S的大小而变化，当S＜5km2时，K=0.202；当5km2≤S≤10km2时，K=0.113；当S＞10km2时，K=0.0378； 则Q=0.202×52×600=6302m3。 5、一次泥石流冲出固体物质总量Q H 计算公式Q H=Q·（γc-γw）/（γH-γw） 式中γH—泥石流固体物质重度（t/m3），取γH=2.0t/m3； γw—水的重度，取γw=1.0 t/m3； 则Q H=6302×（1.65-1）/（2.0-1）=4096m3。 从以上计算结果分析，该尾矿库一旦溃坝时涌向下游的固体物质总量4096m3，预计泥石流冲出距离（距初期坝脚）约380m。本尾渣场下游平坦且属工业园区，500范围内无重要建筑物、构筑物，亦无风景区及自然保
Midas Civil悬索桥分析功能使用
MIDAS/Civil悬索桥分析功能使用说明 资料制作日期：2006-8-9 对应软件版本：Civil 2006 1．使用MIDAS/Civil分析悬索桥的基本操作步骤 A.定义主缆、主塔、主梁、吊杆等构件的材料和截面特性； B.打开主菜单“模型/结构建模助手/悬索桥”，输入相应参数（各参数意义请参考联 机帮助的说明以及下文中的一些内容）； C.将建模助手的数据另存为“*.wzd”文件，以便以后修改或确认； D.运行建模助手后，程序会提供几何刚度初始荷载数据和初始单元内力数据，并自动 生成“自重”的荷载工况； E.对模型根据实际状况，对单元、边界条件和荷载进行一些必要的编辑后，将主缆上 的各节点定义为更新节点组，将塔顶节点和跨中最低点定义为垂点组； F.定义悬索桥分析控制数据后运行。运行过程中需确认是否最终收敛。运行完了后程 序会提供平衡单元节点内力数据； G.删除悬索桥分析控制数据，将所有结构、边界条件和荷载都定义为相应的结构组、 边界组和荷载组，定义一个一次成桥的施工阶段，在施工阶段对话框中选择“考虑 非线性分析/独立模型”，并勾选“包含平衡单元节点内力”； H.运行分析后查看该施工阶段的位移是否接近于0以及一些构件的内力是否与几何刚 度初始荷载表格或者平衡单元节点内力表格的数据相同； I.各项结果都满足要求后即可进行倒拆施工阶段分析或者成桥状态的各种分析； J.详细计算原理请参考技术资料《用MIDAS做悬索桥分析》。 2．建模助手中选择三维和不选择三维的区别？ A.选择三维就是指按空间双索面来计算悬索桥，需要输入桥面的宽度，输入的桥面系 荷载将由两个索面来承担； B.不选择三维时，程序将给建立单索面的空间模型，不需输入桥面的宽度，输入的桥 面系荷载将由单索面来承担。 3．建模助手中主梁和主塔的材料、截面以及重量是如何考虑的？ A.因为索单元必须考虑自重，因此建模助手分析中对于主缆和吊杆的自重，程序会自 动考虑； B.但在建模助手中主梁和主塔的材料和截面并不介入分析，程序只是根据输入的几何 数据，给建立几何模型，以便进行下一步的悬索桥精密分析。即，程序不会根据定
自锚式与地锚式悬索桥动力特性对比分析
文章编号:1671-2579(2010)04-0156-04 自锚式与地锚式悬索桥动力特性对比分析 王立峰,孙勇,王子强 (东北林业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨 150040) 摘 要:以朝阳市黄河路自锚式悬索桥主桥为研究对象,采用有限元软件M idas/Civ il 建立该桥的有限元动力计算模型。考虑重力刚度的影响,对该桥的动力特性进行计算分析,得到结构的自振频率和振型,同时建立与该桥结构参数完全相同的地锚式悬索桥模型进行对比分析,结合计算结果对自锚式、地锚式悬索桥的动力特性和刚度特点进行讨论。最后,在保证初始刚度不变的情况下,考虑不同结构参数变化对自锚式、地锚式悬索桥固有频率的影响,对结果进行分析。 关键词:自锚式悬索桥;动力特性;结构分析 收稿日期:2010-04-10 作者简介:王立峰,男,博士研究生,副教授.E-mail:co mputerw lf@126.co m 1 工程概况 朝阳市黄河路大桥位于朝阳市黄河路东段,向东跨越大凌河,与凤凰组团开发区相连。大桥全长508.32m,主桥为跨径326m 的预应力混凝土自锚式悬索桥,桥跨布置为73+180+73m ,设计荷载为城市 -A 级,人群荷载4.0kN/m 2,地震动峰值加速度为0.1g ,相当于7度,按8度设防,设计洪水频率1/100, 最高水位164.7m 。 2 有限元模型建立 利用有限元法分析桥梁结构时,有多种离散模型,常用的有空间梁单元法、板壳法、三维实体单元法及梁格法。综合考虑自锚式悬索桥的几何非线性影响,根据各构件的形式和受力特点,结构可离散为两种单元:索单元和梁单元。 3 结论 (1)第一次设计中腹板主拉应力虽然符合有关规范要求,但主拉应力较大,最大达2.44MPa,经过优化设计后,最大主拉应力已降至1.77M Pa,降低了27%。效果明显。成桥试验结果也证明了此点。(2)箱梁截面在中跨支点处顶板截面存在较大的剪力滞效应,剪力滞系数 t =1.61,在设计中应注意。(3)纵向预应力钢束尽量布置在靠近腹板的位置,可减小剪力滞效应带来的应力分布不均匀的影响。参考文献: [1] JT J 023-85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范[S]. [2] 长沙市规则设计院.长沙市三汊矶湘江大桥结构施工图设计图纸[Z],2004. [3] 张士铎,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M ].北 京:人民交通出版社,1998. [4] 张士铎,王文州.桥梁工程结构中的负剪力滞效应[M ]. 北京:人民交通出版社,2004. [5] 贺拴海.桥梁结构理论与计算方法[M ].北京:人民交通 出版社,2003. [6] 王焕定,吴德伦.有限单元法及计算程序[M ].北京:中国 建筑工业出版社,2004. [7] 张德锋,茅振伟,吕志涛.预应力混凝土结构裂缝控制及 其可靠性分析[J].工业建筑,2003(4). [8] 袁承斌,张德锋,刘桂荣,等.裂缝对预应力混凝土结构耐 久性影响的试验研究[J].工业建筑,2003(3). [9] 任明飞,胡迎新,郑机.东海大桥近岛段工程预应力混凝 土顶推连续梁的设计与施工[J].桥梁建设,2005(6).[10] 李承君,周世军.顶推法施工的曲线连续梁桥截面实测 应力分析[J].铁道工程学报,2005(2). 156 中 外 公 路 第30卷 第4期2010年8月
粘性泥石流运动流速与流量计算
粘性泥石流运动流速与流量计算 舒安平1，费祥俊2 （1. 中国水利水电科学研究院；2. 清华大学） 摘要：粘性泥石流作为最常见的一种泥石流，普遍存在于固体物质组成松散、降雨持续集中的 陡峻山区。作者首先对现有的粘性泥石流运动速度的有关成果进行扼要评述。根据曼宁公式的 结构形式，通过对大量泥石流沟的实测资料进行统计分析，得出涉及参数较为全面、具有一定普遍意义的粘性泥石流运动速度公式，经验表明该公式的可靠度令人满意，据此提出粘性泥石流的流量公式及其计算方法，从而为泥石流灾害治理工程规划设计提供了科学依据。 关键词：粘性泥石流；曼宁公式；阻力参数；流速；流量 1 引言 我国是一个泥石流频发的国家，特别是在西南和西北山区，每年雨季由于滑坡泥石流等山地灾害造成的人员伤害及经济损失均十分严重。就在2002年5 月至8 月中旬不足4 个月的时间里，仅仅云南省14 个地市州因连降暴雨，引发受灾超过2 000 万人、死亡230多人、经济损失高达36 亿元的重大洪水泥石流灾害即为一个典型的例证。可见，泥石流作为一种破坏性自然灾害，由于来势迅猛、影响深远，一旦成灾，其后果相当严重，因此对泥石流运动流速与流量进行分析研究，不仅为工程规划设计所急需，而且也是工程界和学术界普遍关注的重点课题。 根据固体物质颗粒组成，泥石流一般可分为泥流、粘性泥石流和水石流三种类型，其中粘性泥石流由于其固体颗粒组成范围广，并具有粗颗粒多、细颗粒含量大、颗粒分布呈“双峰”形态的特点，是自然界中最为常见的一种泥石流，一直是许多专家学者研究的重点课题。目前盛行的粘性泥石流运动理论模型，主要基于两相流体内部阻力特点来求解泥石流运动流速。尽管这种方法理论性较强，但由于各种模型应用时存在着一定的局限与不足，特别是由于粘性泥石流体内部阻力的复杂性而不得不假定固体颗粒呈均匀分布，加之模型中存在着一些难以确定的参数等问题，使得目前人们提出的一些泥石流运动速度模型及流量计算方法尚难达到实用水平[1]。在这种情况下，只能借助经验方法建立适合某种特定条件 下的泥石流运动流速公式，进而求解流量，显然这些公式带有很强的经验性，其适用范
泥石流动力特征计算
3.3.2泥石流的力学特征 (1)容重 泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量化评分（N ）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为1.68t/m3。 (2)泥石流流速 泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。 流速VC 按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算: 式中：a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，()5 .0111+Φ= H a γ； R ——水力半径(m)，2.5m ； IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替； n 1 ——清水河床糙率系数；
Φ——泥石流泥沙修正系数， () () c H c γ γ γ γ ω - - = Φ ； c γ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3； w γ——清水容重（t/m3），1.0t/m3； H γ——泥石流中固体物质重度（t/m3）。 根据以上计算公式，泥石流的平均流速为8.28m/s。 (3)泥石流流量 泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。 ①雨洪法 假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量(计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量： 式中：c Q——频率为P的泥石流洪峰值流量（m3/s）； p Q——频率为P的暴雨洪水设计流量（m3/s）； Φ——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为0.71； c γ——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3； w γ——清水的重度（t/m3），为1.0； H γ——泥石流中固体物质重度； DC——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为1.5。 表3-8泥石流阵流堵塞系数DC值表 按照雨洪法，利用泥石流流量公式计算所得的泥石流最大流量如下表（表3-9）所示：表3-9雨洪法计算最大流量
泥石流流量计算全解
泥石流流量计算全解
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第二节 泥石流流量计算 １）频率为P 的暴雨洪水流量计算(P Q ） 泥石流峰值流量与沟谷清水洪峰流量有关,而清水洪峰流量的大小又取决于暴雨量的大小。此次一片区泥石流沟谷清水洪峰流量按部分汇流公式计算,其公式为: P Q ＝0.278KiF （２-1) 式中：P Q —清水洪峰流量(m 3/s ） Ｆ—流域面积（k ｍ2); i —1ｈ面雨量(mm); K —汇流系数，查青海省水文图集,取为０．８。 2)频率为Ｐ的泥石流峰值流量计算( C Q ) 按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算剖面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下,首先按水文方法计算出剖面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量,然后选用堵塞系数，按下列公式进行泥石流流量 C Q 计算。 C P C C D Q Q ?+=)1(φ (2－２) 式中: C Q —频率为P 的泥石流峰值流量(ｍ3/ｓ） ； P Q —频率为P 的暴雨洪水设计流量（ｍ3/s ）; C φ—泥石流泥沙修正系数, )/()(C H S C C γγγγφ--=; C γ—泥石流容重(ｔ/ m 3)； S γ—清水的比重（t/ m 3）,取值为1.0； H γ—泥石流中固体物质比重（t/ m 3），取值为２.６5; C D —泥石流堵塞系数，取1.1。 利用上述公式计算出的各沟泥石流出山口峰值流量见下表5-３。 表5-3 热藏龙哇、龙藏沟泥石流流量计算表 沟名及编号 设计 频率 K ｉ (mm) F (k ｍ2) Ｑｐ (m 3/ｓ) Dc C φ Qc （m 3／s)