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运用牛顿第二定律,分别建立固相颗粒的冲击力和液相浆体的冲击强度,构成泥石流固-液两相冲击力表达式为

    (9)

式中, 单位为(Pa),K0为冲击力显示系数(一般取500~550,泥石流体粘度愈高取值愈大),qf为泥石流浆体冲击强度(Pa),Ps为单位承冲面积上泥石流固相颗粒的冲击力(Pa)。

以冲击形迹为分析对象,运用极限平衡理论建立冲击形迹的力平衡方程并据此获得泥石流冲击时间。

        (10)

         (11)

式中,T为冲击形迹的形成时间即泥石流冲击时间(s),Kr为材料承冲系数(表1), 为冲击形迹抗剪强度(kPa),Ak为冲击形迹坑口面积(m2),Sk为坑内表面积(m2)。值得指出的是,若冲击形迹是由一次泥石流冲击所产生,则由11)式计算的时间即为一次泥石流冲击时间,若冲击形迹由多次泥石流冲击形成,则由(11)式计算的时间即为泥石流累计冲击时间。

表1 主要材料承冲系数

Table 1 Anti-impact coeficients of some materials

材料类型

C30混凝土

C25混凝土

C20混凝土

M10浆砌石

岩质岸坡

土质岸坡

承冲系/×10-3

1.07

1.32

2.54

3.91

1.78

0.03

(3)泥石流磨蚀力计算方法[23]

由于固、液两相泥石流体对防治结构的磨蚀作用包括浆体的磨蚀和固相颗粒的切削两方面,基于牛顿第二定律分别建立了泥石流液相浆体和固相颗粒的磨蚀力计算式;

式中,Rf为泥石流浆体对防治结构(如速流槽)的磨蚀力)(kN/m),Rs为单位长度的速流槽壁面混凝土受到泥石流固相颗粒的切削力(kN/m),β为防治结构底板平均坡角(°),G0为等效颗粒的重量(kN),W0为防治结构底板承受的上覆泥石流体重力(kN/m),a为泥石流运动加速度(m/s2), 为防治结构内泥石流过流断面的宽度(m),h0为防治结构内泥石流体最大设计深度(m),γc为泥石流体平均容重(kN/m3),φf为泥石流浆体与混凝土壁面的动摩察角(°)(取静摩擦角的0.4~0.5倍),k0为泥石流冲击动力实验系数(粘性泥石流取10~13,稀性泥石流取12~15),r为颗粒对速流槽壁面混凝土的摩阻力(kN/m),其余同前。

基于泥石流磨蚀力计算公式,运用量纲分析法建立了混凝土防治结构底板磨蚀速度及磨蚀量计算式。 

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